高二物理選修3-2傳感器及其應(yīng)用(課件)1-2

第六章傳感器種類繁多的傳感器光電傳感器濕度傳感器機(jī)油壓力傳感器超聲波傳感器一、什么是傳感器?

傳感器是指這樣一些元件：它能夠感受諸如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強(qiáng)、光，化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量

的一種組件，起自動(dòng)控制作用

。非電學(xué)量

電學(xué)量傳感器角度位移速度加速度壓力溫度濕度聲強(qiáng)光照強(qiáng)度………電壓電流電阻電容傳感器：一般由

敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路

三局部組成

轉(zhuǎn)換器件敏感元件轉(zhuǎn)換電路非電物理量電學(xué)量防盜報(bào)警器

報(bào)警器里面用了一個(gè)干簧管，干簧管可以感知磁場(chǎng)而接通或斷開(kāi)電路。1.干簧管常見(jiàn)傳感器及工作原理2、光敏電阻〔光電傳感器〕〔1〕光敏電阻的電阻率與光照強(qiáng)度有關(guān)。〔2〕光敏電阻受到光照時(shí)電阻會(huì)變小。硫化鎘〔CdS〕是一種半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；光照增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好?！?〕光敏電阻將光學(xué)量〔光照強(qiáng)度〕轉(zhuǎn)化為電學(xué)量〔電阻〕。光敏電阻的特性：例1、如下圖為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計(jì)數(shù)器的根本工作原理是〔〕A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次D．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次AC3、熱敏電阻和金屬熱電阻〔1〕導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系。半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好〔電阻率隨溫度升高而減小〕；金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低〔電阻率隨溫度升高而增大〕。ORT金屬導(dǎo)線熱敏電阻〔2〕熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測(cè)量范圍較?。唤饘贌犭娮璧幕瘜W(xué)穩(wěn)定性較好，測(cè)量范圍較大，但靈敏度較差?！?〕熱敏電阻或金屬熱電阻能夠?qū)釋W(xué)量(溫度)轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。例2有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件分別接入如下圖電路中A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔〕ABA.置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻B.置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻C.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻AC例3：如圖是一火警報(bào)警的一局部電路示意圖。其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報(bào)警器。當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)警器兩端的電壓U的變化情況是〔〕A.I變大，U變大B.I變小，U變小C.I變小，U變大D.I變大，U變小R1R2R3AabErB嘗試體驗(yàn)如下圖，R1、R2為定值電阻，L是小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，〔〕A．電壓表的示數(shù)增大B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大D．電路的路端電壓增大返回ABC電容式位移傳感器電容式位移傳感器能夠把物體_____這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)____這個(gè)電學(xué)量位移電容電容式位移傳感器示意圖被測(cè)物體x電容器極板電介質(zhì)板〔1〕測(cè)定角度θ〔2〕測(cè)定液面高度h〔3〕測(cè)定壓力F〔4〕測(cè)定位移x定片動(dòng)片θ電介質(zhì)金屬芯線導(dǎo)電液體待測(cè)壓力F固定電極可動(dòng)電極x極板極板電介質(zhì)其它電容式傳感器力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號(hào)〔位移、速度、加速度等〕轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)〔電壓、電流等〕的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等。3.力電傳感器

電阻傳感器測(cè)物體的質(zhì)量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE例*：某學(xué)生為了測(cè)量一個(gè)物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面受到的壓力〔比例系數(shù)為k〕如下圖，測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放上物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U。

現(xiàn)有以下器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池一個(gè)、電鍵及導(dǎo)線假設(shè)干、待測(cè)物體〔可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上〕。請(qǐng)完成對(duì)該物體的測(cè)量m。

〔1〕設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫(huà)出完整的測(cè)量電路圖。

〔2〕簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù)k，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量m。力電轉(zhuǎn)換器＋＋－－輸出輸入受壓面(1)

設(shè)計(jì)電路如圖

(2)測(cè)量步驟與結(jié)果:①調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零,②將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上,記下輸出電壓U0,③將待測(cè)物放在轉(zhuǎn)換器上,記下輸出電壓U

由U0=km0g,得k=U0/m0gU=kmg,所以m=m0U/U0例：〔2003上?？碱}〕演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿p，通過(guò)電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來(lái)反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，那么以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C物體M不動(dòng)時(shí)，電路中沒(méi)有電流D物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒(méi)有示數(shù)B常溫下兩觸點(diǎn)別離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點(diǎn)接觸。溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗傳感器應(yīng)用實(shí)例雙金屬片溫度傳感器：例2.日光燈的啟動(dòng)器也可看成是一個(gè)熱敏傳感裝置，它的熱敏功能器是雙金屬片，你能說(shuō)出啟動(dòng)器的工作原理嗎？U形動(dòng)觸片靜觸片氖泡圖1解析：日光燈啟動(dòng)器結(jié)構(gòu)如下圖，內(nèi)有一雙金屬片，熱膨脹系數(shù)不同。開(kāi)關(guān)閉合后，啟動(dòng)器兩極之間有電壓使氖氣放電而發(fā)出輝光，輝光發(fā)出的熱量使U形動(dòng)觸片受熱膨脹向外延伸，碰到靜觸片接觸，電路接通；溫度降低時(shí)，U動(dòng)觸片向里收縮，離開(kāi)觸點(diǎn)，切斷電路。電熨斗的構(gòu)造思考與討論：●常溫下兩觸點(diǎn)是接觸還是別離？●如何用調(diào)溫旋鈕來(lái)升高或降低電燙斗的工作溫度？例3.電熨斗：利用雙金屬片溫度傳感器控制電路的通斷.〔1〕電飯鍋中溫度傳感器的主要元件是什么？〔2〕感溫鐵氧體的組成物質(zhì)是什么？〔3〕感溫鐵氧體有何特點(diǎn)？〔4〕什么是“居里點(diǎn)”？溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋

利用煙霧對(duì)光的散射來(lái)工作的火災(zāi)報(bào)警器光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器〔1〕材料：半導(dǎo)體如：砷化銦CDFBEIUH霍爾元件工作原理圖〔3〕霍爾電壓:K為比例系數(shù)，稱為霍爾系數(shù)，其大小與元件的材料有關(guān)。一個(gè)霍爾元件的d、k為定值，再保持I恒定，那么UH的變化就與B成正比。因此霍爾元件又稱磁敏元件?；魻栐汛艑W(xué)量〔磁感應(yīng)強(qiáng)度〕轉(zhuǎn)換為電學(xué)量〔電壓〕。五、霍爾元件〔磁傳感器〕〔2〕工作原理：例4:可測(cè)量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,其結(jié)構(gòu)如下圖。當(dāng)系統(tǒng)繞軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，元件A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。A的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長(zhǎng)度為l，電源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻不計(jì)?；瑒?dòng)變阻器總長(zhǎng)也為l，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時(shí)P在B點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，試寫(xiě)出輸出電壓U與ω的函數(shù)式。ASPCBωOO′輸出電壓U解：設(shè)彈簧伸長(zhǎng)x,那么∴x=mω2l／(k-mω2)設(shè)滑動(dòng)變阻器單位長(zhǎng)度的電阻為r1U=IRx=Exr1/lr1=Ex/l∴U=Emω2／(k-mω2)例5：將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個(gè)矩形的箱中，如下圖，在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器，箱可以沿豎直軌道運(yùn)動(dòng)。當(dāng)箱以a=2.0m/s2的加速度豎直向上做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，上頂板的傳感器顯示的壓力為6.0N，下底板的傳感器顯示的壓力為10.0N。(取g=10m/s2)(1)假設(shè)上頂板傳感器的示數(shù)是下底板傳感器的示數(shù)的一半，試判斷箱的運(yùn)動(dòng)情況。(2)要使上頂板傳感器的示數(shù)為零,箱沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的情況可能是怎樣的？m原來(lái)（1）（2）解：mF=10NF1=6Nmga向上做勻減速運(yùn)動(dòng)a向下a=2m/s2