第三節(jié)傳感器的應(yīng)用（二）

1、第三節(jié) 傳感器的應(yīng)用（二）學(xué)習(xí)目標(biāo)1、理解溫度傳感器的應(yīng)用電飯鍋的結(jié)構(gòu)及工作原理2、了解溫度傳感器的應(yīng)用各種數(shù)字式測(cè)溫儀的特點(diǎn)及測(cè)溫元件3、理解光傳感器的應(yīng)用機(jī)械式鼠標(biāo)器的構(gòu)造及工作原理4、了解光傳感器的應(yīng)用火災(zāi)報(bào)警器的構(gòu)造及工作原理5、會(huì)用各類傳感器（光傳感器、溫度傳感器等）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的控制電路課本導(dǎo)讀一、溫度傳感器的應(yīng)用電飯鍋1、電飯鍋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖631所示）：電飯鍋主要由接線螺釘、觸點(diǎn)、轉(zhuǎn)軸、開(kāi)關(guān)按鈕、彈簧、內(nèi)膽底等構(gòu)成其中為主要元件，它是用、和混合燒結(jié)而成的它的特點(diǎn)主要有：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是上升到時(shí)，就失去性，不能被磁體吸引了該溫度在物理學(xué)中稱為該材料的或2、普通

2、電飯煲的結(jié)構(gòu)：普通電飯煲主要由發(fā)熱盤、限溫器、保溫開(kāi)關(guān)、杠桿開(kāi)關(guān)、限流電阻、指示燈、插座等組成。 發(fā)熱盤：這是電飯煲的主要發(fā)熱元件。這是一個(gè)內(nèi)嵌電發(fā)熱管的鋁合金圓盤，內(nèi)鍋就放在它上面，取下內(nèi)鍋就可以看見(jiàn)。限溫器：又叫磁鋼。它的內(nèi)部裝有一個(gè)永久磁環(huán)和一個(gè)彈簧，可以按動(dòng)，位置在發(fā)熱盤的中央。煮飯時(shí)，按下煮飯開(kāi)關(guān)時(shí)，靠磁鋼的吸力帶動(dòng)杠桿開(kāi)關(guān)使電源觸點(diǎn)保持接通，當(dāng)煮米飯時(shí)，鍋底的溫度不斷升高，永久磁環(huán)的吸力隨溫度的升高而減弱，當(dāng)內(nèi)鍋里的水被蒸發(fā)掉，鍋底的溫度達(dá)到103±20C時(shí)，磁環(huán)的吸力小于其上的彈簧的彈力，限溫器被彈簧頂下，帶動(dòng)杠桿開(kāi)關(guān)，切斷電源。保溫開(kāi)關(guān)：又稱恒溫器。它是由一個(gè)彈簧片、

3、一對(duì)常閉觸點(diǎn)、一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)、一個(gè)雙金屬片組成。煮飯時(shí)，鍋內(nèi)溫度升高，由于構(gòu)成雙金屬片的兩片金屬片的熱伸縮率不同，結(jié)果使雙金屬片向上彎曲。當(dāng)溫度達(dá)到800C以上時(shí)，在向上彎曲的雙金屬片推動(dòng)下，彈簧片帶動(dòng)常開(kāi)與常閉觸點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而切斷發(fā)熱管的電源，停止加熱。當(dāng)鍋內(nèi)溫度下降到80C以下時(shí)，雙金屬片逐漸冷卻復(fù)原，常開(kāi)與常閉觸點(diǎn)再次轉(zhuǎn)換，接通發(fā)熱管電源，進(jìn)行加熱。如此反復(fù)，即達(dá)到保溫效果。杠桿開(kāi)關(guān)：該開(kāi)關(guān)完全是機(jī)械結(jié)構(gòu)，有一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)。煮飯時(shí)，按下此開(kāi)關(guān)，給發(fā)熱管接通電源，同時(shí)給加熱指示燈供電使之點(diǎn)亮。飯好時(shí)，限溫器彈下，帶動(dòng)杠桿開(kāi)關(guān)，使觸點(diǎn)斷開(kāi)。此后發(fā)熱管僅受保溫開(kāi)關(guān)控制。限流電阻：外觀金黃色或白色

4、為多，大小象3W電阻，按在發(fā)熱管與電源之間，起著保護(hù)發(fā)熱管的作用。常用的限流電阻為185、5A或10A（根據(jù)電飯煲功率而定）。限流電阻是保護(hù)發(fā)熱管的關(guān)鍵元件。例：右圖所示，是電飯煲電路簡(jiǎn)圖。其中K1為磁鋼式限溫開(kāi)關(guān)，K2為雙金屬片保溫開(kāi)關(guān)，R為電熱盤中管狀電熱元件，T為熱熔式超溫保護(hù)器，R1、R2為限流電阻，L1為煮飯指示紅色氖燈，L2為保溫指示黃色氖燈。試述電飯煲的工作過(guò)程。原理如下：電飯煲的奇異功能，就在于K1、K2兩個(gè)開(kāi)關(guān)的妙用。插頭插入電路，閉合K1之前，你會(huì)看到紅、黃兩指示燈交替發(fā)光。內(nèi)鍋溫度開(kāi)始較低，雙金屬片開(kāi)關(guān)K2自動(dòng)接通，L2支路被短路，黃燈L2不亮，紅燈亮，且 R發(fā)熱。當(dāng)內(nèi)鍋

5、溫度達(dá)到70攝氏度80攝氏度時(shí)，K2自動(dòng)斷開(kāi)，由于R<<R1，L1支路被R短路，紅燈L1熄滅，L2支路與R串聯(lián)，黃燈發(fā)亮。由于R2阻值很大，所以，流經(jīng)L2、R2、R、T回路的電流很小，R消耗的電能很少，內(nèi)鍋溫度降低。當(dāng)溫度低于70攝氏度時(shí)，K2再自行接通。如此循環(huán)，內(nèi)鍋溫度保持在70攝氏度80攝氏度之間，飯煮不熟。用手按下磁鋼式限溫開(kāi)關(guān)K1，此時(shí)L2支路被短路，黃燈L2不亮，L1支路與R并聯(lián)，紅燈L1亮且R持續(xù)發(fā)熱。當(dāng)內(nèi)鍋溫度達(dá)100攝氏度時(shí)，內(nèi)鍋中的水汽化完。飯煮熟后，K1自動(dòng)跳開(kāi)，如同K2自動(dòng)跳開(kāi)一樣的道理，進(jìn)行上一段分析中的循環(huán)，米飯溫度保持在70攝氏度80攝氏度范圍。一旦磁

6、鋼式限溫開(kāi)關(guān) K1失靈，內(nèi)鍋溫度過(guò)高時(shí)，熱熔式超溫保護(hù)器T將發(fā)揮作用，使電路斷開(kāi)。3、電磁爐、電飯鍋、微波爐這三者的基本工作原理有何異同？電磁爐的工作原理：電磁爐是采用磁場(chǎng)感應(yīng)渦流加熱原理， 他利用電流通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)之磁力通過(guò)含鐵質(zhì)鍋底部時(shí)， 即會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)之小渦流，使鍋體本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱于鍋內(nèi)食物。電飯鍋是利用發(fā)熱板，在鋁質(zhì)鍋的底部煮飯。發(fā)熱板內(nèi)藏電熱線，這電熱線是由自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制。發(fā)熱板的中央有一圓孔，孔內(nèi)有一感溫軟磁，它借著彈簧向上頂貼著鍋底。這是一種純鐵氧體。它在100或以下時(shí)，可以被永久磁鐵吸引。但當(dāng)升至103時(shí)，則失去磁性，不再受永久磁鐵吸引。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)按鍵，開(kāi)

7、關(guān)橫桿把磁鐵向上頂貼著感溫軟磁。這時(shí)，發(fā)熱線接通，開(kāi)始加熱。當(dāng)鍋內(nèi)的飯沸騰后，鍋內(nèi)的水就漸漸減少。當(dāng)水開(kāi)始蒸干，鍋內(nèi)的溫度就由100上升。當(dāng)升至103時(shí)，感溫軟磁就不受磁鐵吸引，開(kāi)關(guān)的杠桿因彈簧的彈力及本身的重力而下降，壓使接觸點(diǎn)分開(kāi)，發(fā)熱線就斷電，同時(shí)，接通另一保溫電路,保持飯的溫度在70左右微波爐就是用微波來(lái)煮飯燒菜的。這種電磁波的能量不僅比通常的無(wú)線電波大得多，而且還很有"個(gè)性" ：微波一碰到金屬就發(fā)生反射，金屬根本沒(méi)有辦法吸收或傳導(dǎo)它；微波可以穿過(guò)玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材料，但不會(huì)消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透過(guò)，其能量反而會(huì)被吸收。 微波爐正是利用微波

8、的這些特性制作的。微波爐的外殼用不銹鋼等金屬材料制成，可以阻擋微波從爐內(nèi)逃出，以免影響人們的身體健康。裝食物的容器則用絕緣材料制成。微波爐的心臟是磁控管。這個(gè)叫磁控管的電子管是個(gè)微波發(fā)生器，它能產(chǎn)生每秒鐘振動(dòng)頻率為24.5億次的微波。這種肉眼看不見(jiàn)的微波，能穿透食物達(dá)5cm深，并使食物中的水分子也隨之運(yùn)動(dòng)，劇烈的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了大量的熱能，于是食物"煮"熟了。這就是微波爐加熱的原理。用普通爐灶煮食物時(shí)，熱量總是從食物外部逐漸進(jìn)入食物內(nèi)部的。而用微波爐烹飪，熱量則是直接深入食物內(nèi)部，所以烹飪速度比其它爐灶快4至10倍，熱效率高達(dá)80%以上。二、溫度傳感器的應(yīng)用測(cè)量?jī)x1、測(cè)溫儀的原理

9、：溫度傳感器要以把轉(zhuǎn)換成，再由指針式儀表或數(shù)字式儀表顯示出來(lái)這就是指針式測(cè)溫儀和數(shù)字式測(cè)溫儀的原理由于電信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳輸，所以應(yīng)用溫度傳感器可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫2、測(cè)溫元件：它可以是、（利用該元件可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)溫）三、光傳感器的應(yīng)用鼠標(biāo)器1、機(jī)械式鼠標(biāo)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：它由一個(gè)滾球、兩個(gè)滾軸、兩個(gè)（它的邊緣開(kāi)有許多等間距的小齒）、兩個(gè)（LED）、還有兩個(gè)（兩個(gè)光傳感器）等組成的2、機(jī)械式鼠標(biāo)器的工作原理：當(dāng)鼠標(biāo)器在桌面上移動(dòng)時(shí)，滾球的運(yùn)動(dòng)通過(guò)帶動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外線接收管就收到的，輸出相應(yīng)的計(jì)算機(jī)分別統(tǒng)計(jì)x，y兩個(gè)方向的脈沖信號(hào)，處理后就使屏幕上的光標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的四、光傳感器的應(yīng)用煙霧散射式火災(zāi)報(bào)警器

10、1、煙霧散射火災(zāi)報(bào)警器的構(gòu)造：帶孔的罩子內(nèi)裝有、和不透明的檔板2、煙霧散射式火災(zāi)報(bào)警器的工作原理：平時(shí)，收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)狀態(tài)煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對(duì)光有作用，使部分光線照射到，其電阻變，與傳感器連接的電路檢測(cè)發(fā)出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)典型例題【例1】如圖是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)控溫開(kāi)關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開(kāi)關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)（103）時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)S2是一個(gè)自動(dòng)控控溫開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度低于70時(shí)，會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于80時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，紅燈是加熱時(shí)的指示燈，黃燈是保溫時(shí)的指示燈，分流電阻R1R2500，加熱電阻絲R350，兩燈電阻不計(jì)分析電飯煲的工作原理：計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率

11、之比簡(jiǎn)要回答，如果不閉合開(kāi)關(guān)S1，能將飯煮熟嗎？【例2】如圖所示為實(shí)驗(yàn)小車中利用光電脈沖測(cè)量車速和行程的示意圖，A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在小車上，C為小車的車輪車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A發(fā)出的光束通過(guò)旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號(hào)，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由電路記錄和顯示若實(shí)驗(yàn)顯示單位時(shí)間的脈沖數(shù)n，累積脈沖數(shù)為N，則要測(cè)出小車的速度和行程還必須測(cè)量的物理數(shù)據(jù)是；小車速度的表達(dá)式為V；行程的表達(dá)式為s【例1】解析：（1）電飯煲盛上食物后，接上電源，S2自動(dòng)閉合，同時(shí)手動(dòng)閉合S1，這時(shí)黃燈短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)，加熱到80，S2自動(dòng)斷開(kāi)，S1仍閉合；水燒開(kāi)后，溫度升高到103時(shí)，

12、開(kāi)關(guān)S1自動(dòng)斷開(kāi)，這時(shí)飯已經(jīng)煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)由于散熱，待溫度將至70時(shí)，S2自動(dòng)閉合，電飯煲重新加熱，溫度達(dá)到80時(shí)，S2又自動(dòng)斷開(kāi)，再次處于保溫狀態(tài)（2）加熱時(shí)電飯煲消耗的電功率P1U2/R并，保溫時(shí)電飯煲消耗的功率P2，兩式中從而有如果不閉合開(kāi)關(guān)S1，開(kāi)始S2總是閉合的，R1被短路，功率為P1，當(dāng)溫度上升到80時(shí)，S2自動(dòng)斷開(kāi)，功率降為P2，溫度降到70，S2自動(dòng)閉合溫度只能在7080之間變化，不能把水燒開(kāi)，不能煮熟飯【例2】解析：小車的速度等于車輪的周長(zhǎng)與單位時(shí)間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的乘積設(shè)車輪的半徑為R，單位時(shí)間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為k，則有V2Rk若齒輪的齒數(shù)為P，則齒輪轉(zhuǎn)一圈，

13、電子電路顯示的脈沖數(shù)即為P，已經(jīng)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)為n，所以單位時(shí)間內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為n/P由于齒輪與車輪同軸相連，他們?cè)趩挝粫r(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)相等，即kn/P由以上兩式可得：v2Rn/P同理，設(shè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的累積圈數(shù)為k，則有s=2Rk，且kN/P，所以s2RN/P可見(jiàn)，要測(cè)小車的速度v和行程s，必需測(cè)出單位時(shí)間的脈沖數(shù)n和累積脈沖數(shù)N，車輪半徑R和齒輪的齒數(shù)P【答案】車輪的半徑R和齒輪的齒數(shù)P：2Rn/P2RN/P【課本導(dǎo)讀】一、1永磁體，感溫磁體，電熱板，感溫磁體，氧化錳、氧化鋅，氧化鐵粉末，103oC，鐵磁，居里溫度，居里點(diǎn)2煮飯時(shí)按下開(kāi)關(guān)按鈕，與永磁體相連的一端上升，下觸點(diǎn)上升與上觸點(diǎn)相連，開(kāi)始時(shí)溫度較低，感溫磁體具有磁性，吸引下方的永磁體，所以手松開(kāi)后開(kāi)關(guān)