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文檔簡介
1.認識傳感器1.了解傳感器,知道傳感器是把非電學量轉換成電學量的器件或裝置,知道傳感器在生產生活等實踐中有廣泛應用。2.了解傳感器的基本組成部分和應用的一般模式。3.知道傳感器在某些方面可以代替甚至超過人類對自然的感知,能夠改變人類的生產生活方式。神奇的傳感器及其種類1.樓道燈自動開啟:這個開關會感知環(huán)境的明暗和聲音的強弱。只有環(huán)境的亮度低于某一數值,同時聲強高于某一數值時,聲控—光控開關才會接通,燈才會亮。2.自動門:有的自動門裝有一種裝置,當人走近時,可以檢測出人體向外輻射的紅外線,從而發(fā)出使自動門開關啟動的命令。這種裝置就是紅外線傳感器。3.便攜式酒精檢測儀:司機對著“便攜式酒精檢測儀”呼氣,檢測儀就會顯示呼出氣體中的酒精濃度,這是因為檢測儀上裝有“乙醇傳感器”,它能感知乙醇的濃度。4.傳感器:它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等被測量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉換成的可用信號是電壓、電流等電學量,或轉換為電路的通斷。把非電學量轉換為電學量,可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制。5.傳感器的種類(1)傳感器的種類:力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等物理傳感器。(2)電化學反應原理:把無機或有機化學物質的成分、濃度等轉換為電信號。(3)生物活性物質:利用生物活性物質的選擇性來識別和測定生物化學物質,如酶傳感器、微生物傳感器、細胞傳感器等生物傳感器。干簧管是玻璃管內封入的兩個軟磁性材料制成的簧片。將干簧管接入圖中電路。問題1當磁鐵靠近干簧管時,會發(fā)生什么現象,為什么?提示:燈泡會亮,因為當磁鐵靠近干簧管時,兩個簧片被磁化而接通。問題2干簧管的作用是什么?提示:干簧管起到開關的作用,是一種能夠感知磁場的傳感器。1.傳感器的核心元件(1)敏感元件:相當于人的感覺器官,直接感受被測量,并將其變換成與被測量成一定關系的易于測量的物理量,如溫度、位移等。(2)轉換元件:也稱為傳感元件,通常不直接感受被測量,而是將敏感元件輸出的物理量轉換成電學量輸出。(3)轉換電路:是將轉換元件輸出的電學量轉換成易于測量的電學量,如電壓、電流等。2.傳感器的工作原理傳感器感受的通常是非電學量,如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等,而它輸出的通常是電學量,如電壓、電流、電荷量等,這些輸出信號是非常微弱的,通常要經過放大后再輸送給控制系統(tǒng)產生各種控制動作。傳感器的工作原理如下所示:非電學量3.分類工作原理舉例物理傳感器利用物質的物理性質和物理效應感知并檢測出待測對象信息壓力傳感器、溫度傳感器、光電傳感器、電感傳感器、電容傳感器等化學傳感器利用化學反應識別和檢測信息氣敏傳感器、濕敏傳感器等生物傳感器利用生物化學反應識別和檢測信息酶傳感器、組織傳感器、細胞傳感器等【典例1】全面了解汽車的運行狀態(tài)(速度、水箱溫度、油量)是確保汽車安全行駛和駕駛員安全的舉措之一,為模仿汽車油表原理,某同學自制一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置。如圖所示,其中電源電壓保持不變,R是滑動變阻器,它的金屬滑片是金屬桿的一端。該同學在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出),通過觀察電壓表示數,可以了解油量情況,你認為電壓表應該接在圖中的________兩點之間,按照你的接法請回答:當油箱中油量減少時,電壓表的示數將________(選填“增大”或“減小”)。[解析]由題圖可知當油箱內液面高度變化時,R的金屬滑片將會移動,從而引起R兩端電壓的變化,且當R′?R時,UR=IR可視為UR與R成正比,所以電壓表應接在b、c兩點之間;當油量減少時,電壓表示數將增大。[答案]b、c增大傳感器問題的分析思路不同類型的傳感器,其工作原理一般不同,但所有的傳感器都是把非電學量的變化轉換為電學量的變化。因此我們可以根據電學量的變化來推測相關量的變化。[跟進訓練]1.下列關于物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器的說法,正確的是()A.物理傳感器利用材料的某種物理性質工作,因而只能用于機械加工行業(yè)而不能用于化工領域B.化學傳感器是利用某種化學反應來工作的,因而只能輸出某種化學物質而不能輸出電學量C.生物傳感器的適用范圍廣,可在任意溫度下工作D.生物傳感器由于含有生命物質,因而對使用傳感器的環(huán)境有一定要求D[物理傳感器在化工領域也可以使用,如溫度傳感器等,故A錯誤;化學傳感器一般也是輸出電學量,如離子傳感器等,故B錯誤;生物傳感器能夠使用的前提是傳感器中的生命物質保持生物活性,故C錯誤,D正確。]2.(2022·福州高二檢測)某電容式話筒的原理示意圖如圖所示,E為電源,R為電阻,薄片P和Q為兩金屬極板。對著話筒說話時,P振動而Q可視為不動,在P向左運動的過程中()A.P、Q構成的電容器的電容增大B.P上電荷量保持不變C.M點的電勢比N點的低D.M點的電勢比N點的高D[當P向左運動時,據平行板電容器公式C=εrS4πkd知d增加,則C變小,A錯誤;穩(wěn)定后電容器兩極板間的電壓不變,則據Q=CU知C減少,U不變,則Q減少,B錯誤;電容器兩極板的電荷量減少,產生放電電流,方向從M→N,因此M點的電勢比N點的電勢高,傳感器的組成與應用模式1.敏感元件:是指能直接感受或響應外界被測非電學量的部分。2.轉換元件:是指能將敏感元件輸出的信號直接轉換成電信號的部分。它們分別完成檢測和轉換兩個基本功能。傳感器的基本部分一般由敏感元件和轉換元件組成。3.傳感器應用的一般模式如圖是應變片的原理及力學傳感器的應用的圖片。問題1電子秤的敏感元件是什么?提示:電阻應變片。問題2電阻應變片是怎樣把非電學量轉化為電學量的?提示:當電阻應變片長度和橫截面積發(fā)生變化時,由電阻定律可知電阻發(fā)生變化。1.分析思路物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉換為便于測量的電學量的器件。我們可以把傳感器的應用過程分為三個步驟:(1)信息采集。(2)信息加工、放大、傳輸。(3)利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作。2.分析傳感器問題要注意四點(1)感受量分析要明確傳感器所感受的物理量,如力、熱、光、磁、聲等。(2)敏感元件分析明確傳感器的敏感元件,分析它的輸入信號及輸出信號,以及輸入信號與輸出信號間的變化規(guī)律。(3)電路結構分析認真分析傳感器所在的電路結構,在熟悉常用電子元件工作特點基礎上,分析電路輸出信號與輸入信號間的規(guī)律。(4)執(zhí)行機構工作分析傳感器的應用,不僅包含非電學量如何向電學量轉化的過程,還包含根據所獲得的信息控制執(zhí)行機構進行工作的過程?!镜淅?】酒精測試儀利用的是一種二氧化錫半導體型酒精氣體傳感器,其電阻r的倒數與酒精氣體的濃度c成正比。如圖所示的電路接在恒壓電源上,R和R0為定值電阻,則電壓表的示數U與酒精氣體濃度c的對應關系為()A.U越大,表示c越大,但是c與U不成正比B.U越大,表示c越大,而且c與U成正比C.U越大,表示c越小,但是c與U不成反比D.U越大,表示c越小,而且c與U成反比A[由題圖知,酒精氣體傳感器和定值電阻串聯(lián)在電路中,電壓表測R0兩端的電壓。根據酒精氣體傳感器的電阻的倒數與酒精氣體的濃度成正比,得1r=kc(k是比例系數)①,根據歐姆定律得UR0=ER0+R+r②,由①②式整理得U=ER0R0[跟進訓練]3.(多選)為了保證行車安全和乘客身體健康,動車上裝有煙霧報警裝置,其原理如圖所示。M為煙霧傳感器,其阻值RM隨著煙霧濃度的改變而變化,電阻R為可變電阻。車廂內有人抽煙時,煙霧濃度增大,導致S兩端的電壓增大,裝置發(fā)出警報。下列說法正確的是()A.RM隨煙霧濃度的增大而增大B.RM隨煙霧濃度的增大而減小C.若要提高報警靈敏度可增大RD.若要提高報警靈敏度可減小RBC[S兩端電壓U增大,故傳感器兩端電壓一定減?。划斢袩熿F,使傳感器電阻變化,即RM變小,則有RM隨著煙霧濃度的增大而減小,故A錯誤,B正確。R越大,M與R并聯(lián)的電阻R并越接近RM,U增大越明顯,導致S上電壓變化越明顯,故C正確,D錯誤。]1.下列說法正確的是()A.傳感器將感受到的非電學量轉換為電學量,或轉換為電路的通斷B.傳感器將感受到的電學量轉換為非電學量C.傳感器只能將感受到的非電學量轉換為電路的通斷D.以上說法都不對A[傳感器作為一種將其他形式的信號與電信號之間的轉換裝置,能將非電學量按一定規(guī)律轉換成電學量或者是電路的通斷,故A正確,B、C、D錯誤。]2.有一些星級賓館的洗手間裝有自動干手機,洗手后將濕手靠近,機內的傳感器就開通電熱器加熱,有熱空氣從機內噴出,將濕手烘干,手靠近自動干手機能使傳感器工作,是因為改變了()A.濕度 B.溫度C.磁場 D.電容D[根據自動干手機工作的特征,手靠近干手機時電熱器工作,手撤離后電熱器停止工作,人是一種導體,可以與其他導體構成電容器。手靠近時相當于連接一個電容器,可以確定干手機內設有電容式傳感器,由于手的靠近改變了電容大小,故D正確;用濕度和溫度來驅動電熱器工作,理論上可行,但是假如干手機是由于溫度、濕度的變化而工作,它就成了室內烘干機,故A、B、C錯誤。]3.如圖所示,商店里使用的電子計價秤可將貨物的質量、單價和金額清楚地顯示在面板上,既方便了工作人員,又方便了顧客。電子計價秤使用的傳感器是()A.紅外線傳感器B.壓力傳感器C.超聲波傳感器D.溫度傳感器B[傳感器將溫度、力、光、聲音等非電學量轉換為電學量,此處電子計價秤使用的傳感器是壓力傳感器,將力學量轉換成電學量,故B正確,A、C、D錯誤。]4.(多選)如圖是一種測定壓力的電容式傳感器。當待測壓力F作用于可動膜片電極上時,可使膜片產生形變,引起電容的變化。如果將這個電容式傳感器、電流計和電源串接成閉合電路,那么()A.當F向上壓膜片電極時,電容將變小B.當F向上壓膜片電極時,電容將變大C.若電流計示數有變化,則表明壓力F發(fā)生變化D.若電流計示數有變化,則表明壓力F不發(fā)生變化BC[當F向上壓膜片電極時,距離d變小,則根據C=εrS4πkd,可知電容變大,A錯誤,B正確;若電流計示數有變化,則可能是電容器充電或放電,即電容發(fā)生了變化,表明壓力F發(fā)生了變化,故回歸本節(jié)知識,自我完成以下問題:(1)傳感器由哪幾部分組成?提示:敏感元件、轉換元件、轉換電路。(2)常見物理傳感器有哪些?提示:力傳感器、磁傳感器、聲傳感器。機器人傳感器傳感器在機器人身上應用很多。根據檢測對象的不同可分為內部傳感器和外部傳感器。內部傳感器:用來檢測機器人本身狀態(tài)(如手臂間角度)的傳感器。多為檢測位置和角度的傳感器。外部傳感器:用來檢測機器人所處環(huán)境(如是什么物體,離物體的距離有多遠等)及狀況(如抓取的物體是否滑落)的傳感器。具體有物體識別傳感器、物體探傷傳感器、接近覺傳感器、距離傳感器、力覺傳感器、聽覺傳感器等。為了檢測作業(yè)對象及環(huán)境或機器人與它們的關系,在機器人上安裝了觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器,大大改善了機器人工作狀況,使其能夠更充分地完成復雜的工作。由于
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