河北省邢臺(tái)市高中物理 第六章 傳感器 6.2 傳感器的應(yīng)用課件 新人教選修32

1、第第2 2節(jié)傳感器的應(yīng)用節(jié)傳感器的應(yīng)用微型傳感器微型傳感器是由亞微米至亞毫米范圍內(nèi)的電子元件和機(jī)械元件制成的，將傳感、處理、執(zhí)行諸功能融為一體的微機(jī)電系統(tǒng)微型傳感器尺寸小，集成化程度高，功能強(qiáng)大它使人類獲取信息并進(jìn)行相應(yīng)控制的工作可深入到微米量級(jí)的空間中進(jìn)行如今，智能傳感器和微型傳感器已廣泛用于生活、生產(chǎn)、軍事、科研等各個(gè)領(lǐng)域例如：人體消化道智能診查系統(tǒng)：它包括一粒微型探測膠囊和便攜式體外接收存儲(chǔ)裝置、體外超聲控測定位裝置、體外數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)患者服用一粒微型探測膠囊，該膠囊從上到下經(jīng)過整個(gè)消化道時(shí)，就會(huì)將各段消化道的壓力、溫度、pH值等參數(shù)記錄下來并傳輸給體外接收與處理系統(tǒng)這種檢查不會(huì)給患者造成

2、創(chuàng)傷螞蟻探測器：每只“螞蟻”探測器的大小與大胡桃相當(dāng)，質(zhì)量僅29 g，通常帶有4個(gè)光傳感器、4個(gè)紅外接收器，以及防撞傳感器、防傾斜傳感器和探測“食物”存在的傳感器它可用于搜索炸彈“蒼蠅”導(dǎo)彈：它的體形如同蒼蠅般大小，能不停地飛行幾個(gè)小時(shí)，速度高達(dá)20 km/h.它能垂直升降，急速調(diào)頭，懸停于空中，“隱身”潛伏，收發(fā)微波信息當(dāng)將超微型竊聽、竊看裝置粘在“蒼蠅”導(dǎo)彈背上后，就可進(jìn)行偵察傳感器的使用，特別是智能傳感器和微型傳感器的開發(fā)、利用，使人類收集信息的能力得到極大的擴(kuò)展和延伸，獲取信息的手段更方便、更快捷，涉及領(lǐng)域更廣闊、更深入世界各國都非常重視傳感器在信息技術(shù)中的作用，將傳感器技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)

3、展的尖端技術(shù)，我國從事傳感器研究的單位就有幾千個(gè)1在力傳感器中的應(yīng)變片是一種敏感元件，多用半導(dǎo)體材料制成應(yīng)變片能夠把形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為_這個(gè)電學(xué)量2自動(dòng)控溫的電熨斗中裝有雙金屬片溫度傳感器，這種傳感器的作用是_3電飯鍋中溫度傳感器的主要元件是感溫鐵氧體，它的特點(diǎn)是：_具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但_時(shí)，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引這個(gè)溫度稱為該材料的_或_1電壓2.控制電路的通斷3.常溫下溫度上升到約103居里溫度居里點(diǎn)4溫度傳感器可以把溫度轉(zhuǎn)化為_，由指針式儀表或數(shù)字式儀表顯示出來5有一種火災(zāi)報(bào)警器是利用煙霧對(duì)光的散射來工作的煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對(duì)光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其

4、電阻_4.電信號(hào)5.減小一、傳感器應(yīng)用的一般模式傳感器在科技高度發(fā)達(dá)的今天，應(yīng)用極為廣泛，在生產(chǎn)和生活中離不開它；在科技領(lǐng)域也同樣十分重要在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，傳感器廣泛應(yīng)用于耕種、排灌、收割等方面的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化管理；工業(yè)生產(chǎn)中，由于傳感器的應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化；在航空航天領(lǐng)域傳感器的應(yīng)用尤為重要如載人飛船應(yīng)用大量傳感器供遙測和遙控系統(tǒng)使用等 二、力傳感器的應(yīng)用電子秤 1應(yīng)變式力傳感器 (1)組成：由金屬梁和應(yīng)變片組成 (2)工作原理：如圖所示，彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片，在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻

5、變大，下表面電阻變小F越大，彎曲形變越大，應(yīng)變片的阻值變化越大如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，那么上面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下面應(yīng)變片兩端的電壓變小傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出外力越大，輸出的電壓差值也就越大2測定壓力的電容式傳感器如圖所示，當(dāng)待測壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，可使膜片產(chǎn)生形變，從而引起電容的變化，如果將電容器與靈敏電流表、電源串聯(lián)，組成閉合電路，當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容器的電容將增大，電流表有示數(shù) 關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說法正確的是() A應(yīng)變片是由導(dǎo)體材料制成 B當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時(shí)，其電阻變大；反之，變小 C傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓 D外力越大，輸出的電壓差

6、值也越大BD變式遷移變式遷移 1.傳感器是一種采集信息的重要器件如圖所示為測定壓力的電容式傳感器，A為固定電極，B為可動(dòng)電極，組成一個(gè)電容大小可變的電容器可動(dòng)電極兩端固定，當(dāng)待測壓力施加在可動(dòng)電極上時(shí)，可動(dòng)電極發(fā)生形變，從而改變了電容器的電容現(xiàn)將此電容式傳感器與零刻度在中央的靈敏電流表和電源串聯(lián)成閉合電路，已知電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏轉(zhuǎn)當(dāng)待測壓力增大時(shí)() A電容器的電容將減小 B靈敏電流表指針在正中央零刻度處 C靈敏電流表指針向左偏轉(zhuǎn) D靈敏電流表指針向右偏轉(zhuǎn)解析：壓力增大，則電容器兩極板的間距變小，電容變大因?yàn)殡娙萜鲀蓸O板間電壓不變，所以電容器要充電，電流從正接線柱到負(fù)接線柱流

7、過電流表，指針向右偏答案：D 三、溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗 1溫度傳感器 由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻和金屬熱電阻均可制成溫度傳感器，它可以把熱信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)控制 2電熨斗的構(gòu)造 如圖所示 3電熨斗的自動(dòng)控溫原理 其內(nèi)部裝有雙金屬片溫度傳感器，如圖所示 常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的作用 現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干如下圖所示，試設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電

8、路要求溫度低于某一溫度時(shí)，電爐絲自動(dòng)通電供熱，超過某一溫度時(shí)，又可以自動(dòng)斷電，畫出電路圖并說明工作過程 解析：熱敏電阻R1與滑動(dòng)變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓控制電路 (1)電路圖如下圖所示 (2)工作過程：閉合開關(guān)S，當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)熱敏電阻阻值大，通過電磁繼電器的電流不能使它工作，K接通電爐絲加熱當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，熱敏電阻阻值減小到某值，通過電磁繼電器的電流達(dá)到工作電流，K斷開，電爐絲斷電，停止供熱當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值，又重復(fù)前述過程 答案：見解析 四、溫度傳感器的應(yīng)用電飯鍋 1感溫鐵氧體 (1)組成：氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成 (2)特點(diǎn)：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，溫度達(dá)

9、到約103，失去鐵磁性 (3)居里點(diǎn)：又稱居里溫度，即指103. 2電飯鍋的結(jié)構(gòu)如圖所示 3電飯鍋的工作原理 開始煮飯時(shí)，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)，則觸點(diǎn)接通，電熱板通電加熱，飯熟后，水分被吸收，當(dāng)溫度上升到居里溫度時(shí)，感溫磁體失去磁性，開關(guān)便會(huì)自動(dòng)斷開 下圖是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)磁鋼限溫開關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)(103)時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開，且不能自動(dòng)閉合S2是一個(gè)雙金屬片自動(dòng)控溫開關(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)斷開紅燈是加熱指示燈，黃燈是保溫指示燈，分流電阻R1R2500 ，加熱電阻絲R350 ，兩燈

10、電阻不計(jì) (1)分析電飯煲的工作原理； (2)計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比； (3)如果不閉合開關(guān)S1，能將飯煮熟嗎？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)黃燈被短路不亮，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)加熱到80時(shí)，S2自動(dòng)斷開，S1仍閉合水燒干后，溫度升高至103時(shí)，開關(guān)S1自動(dòng)斷開，這時(shí)飯已煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)由于散熱，待溫度降至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，再次處于保溫狀態(tài)(3)如果不閉合開關(guān)S1，開始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，功率降為

11、P2，溫度降低到70，S2自動(dòng)閉合溫度只能在7080之間變化，不能把水燒開，故不能煮熟飯答案：見解析變式遷移變式遷移 2小強(qiáng)在用恒溫箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無法自動(dòng)控制經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒有故障參照右圖，下列對(duì)故障判斷正確的是() A只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障 B只可能是溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障 C熱敏電阻和溫度設(shè)定裝置都可能出現(xiàn)故障 D可能是加熱器出現(xiàn)故障解析：由題意恒溫箱內(nèi)溫度持續(xù)升高，說明加熱器沒損壞，不能選D.無法自動(dòng)控制，而經(jīng)檢查控制器又沒有故障，說明控制器沒問題熱敏電阻或溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障都能使溫度持續(xù)升高，在沒有確定條件下選C而不選A、B.答案：C 五、光傳感器的

12、應(yīng)用火災(zāi)報(bào)警器 如圖所示為利用煙霧對(duì)光的散射來工作的一種火災(zāi)報(bào)警器結(jié)構(gòu)的原理圖，其工作原理是：帶孔的罩內(nèi)裝有發(fā)光的二極管LED、光電三極管和不透明的擋板平時(shí)，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對(duì)光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小，與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào) 如圖所示，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，且R與LED距離不變，下列說法正確的是() A當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大 B當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率減小 C當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率可能

13、不變 D無論怎樣移動(dòng)觸頭P，L消耗的功率都不變解析：電源電壓恒定，也就是說，并聯(lián)電路兩端的電壓恒定，當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光變強(qiáng)，光敏電阻的阻值變小，所以電流變大，則L的功率變大答案：A基礎(chǔ)鞏固基礎(chǔ)鞏固1關(guān)于傳感器，下列說法中正確的是()A電熨斗通過壓力傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制B動(dòng)圈式話筒是利用電磁感應(yīng)原理來工作的聲傳感器C金屬熱電阻是一種將電學(xué)量轉(zhuǎn)換為熱學(xué)量的傳感器D火災(zāi)報(bào)警器都是利用溫度傳感器實(shí)現(xiàn)報(bào)警解析：電熨斗是通過雙金屬片溫度傳感器來控制溫度的，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；金屬熱電阻是將熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的傳感器，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；有的火災(zāi)報(bào)警器是利用光傳感器實(shí)現(xiàn)報(bào)警，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案：B能力提升能力提升 7溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的如圖甲所示，電源的電動(dòng)勢E9.0 V，內(nèi)阻不計(jì)；G為靈敏電流表，內(nèi)阻RG保持不變；R為熱敏電阻，其電阻阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙