【物理】6[1].2《傳感器的應(yīng)用(一)》課件(新人教選修3-2).ppt

1、6.2傳感器的應(yīng)用（一）,復(fù)習(xí)問題,請大家回憶一下光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件各是把什么物理量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的元件？,光敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。熱敏 電阻將溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。 霍爾元件把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這 個電學(xué)量。,傳感器應(yīng)用的一般模式：,力電傳感器的應(yīng)用電子秤,（1）電子秤使用的測力裝置是什么？它是由 什么元件組成的？ （2）簡述力傳感器的工作原理。 （3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電 學(xué)量？,3、應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電 學(xué)量,1、電子秤的測力裝置是力傳感器，它是由一個金屬梁和兩 個應(yīng)變片一起組成了測力部分。,2、在金

2、屬梁沒有力的情況下，金屬梁處于水平狀態(tài)，梁 的上下應(yīng)變片的長度沒變且相等，兩應(yīng)變片的電阻大小 也相等，當(dāng)給金屬梁施加豎直向下的力時，金屬梁會向 下彎曲，使得金屬梁上面的應(yīng)變片被拉長，電阻變大， 兩端電壓也變大，而下邊的應(yīng)變片被擠壓收縮，電阻變 小，兩端的電壓也減小，使得兩應(yīng)變片兩端電壓值不相 等，存在差值，控制電路就通過這個差值，經(jīng)過放大電 路將差值信號放大，再在顯示器上顯示出數(shù)字，即力F 的大小。,練習(xí)1.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)變片是由多用半導(dǎo)體材料制成 B.當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時，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

3、出的電壓差值也越大,A B D,例1:(1)慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計。加速度計的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一個質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連?；瑝K原來靜止，彈簧處于自然長度。滑塊上有指針，可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動，指針向左偏離O點的距離為S，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度 （ ） A. 方向向左，大小為 k S/m B方向向右，大小為 k S/m C方向向左，大小為 2k S/m D. 方向向右，大小為 2k S/m

4、,D,(2)若電位器（可變電阻）總長度為L，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度a沿水平方向運動時，與滑塊連接的滑動片P產(chǎn)生位移，此時可輸出一個電信號U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制導(dǎo)彈運動狀態(tài)輸入信息，試寫出U與a 的函數(shù)關(guān)系式。,解：a=2kS/m, S=ma/2k,U=U0 Rx / R = U0 S / L,=maU0 / 2kL,=mU0 a / 2kLa,例2：某學(xué)生為了測量一個物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(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）如圖所示，測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放上物體，即

5、可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U。 現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池一個、電鍵及導(dǎo)線若干、待測物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）。請完成對該物體的測量m。 （1）設(shè)計一個電路，要求力轉(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，在方框中畫出完整的測量電路圖。 （2）簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m。 （3）請設(shè)想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題。,解析： （1）設(shè)計的電路圖如圖所示，輸入電壓采用分壓接法目的是讓電壓可調(diào)范圍盡可能大。,（2）測量步驟：,調(diào)節(jié)滑動變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零。,將質(zhì)量為m0的砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下

6、輸出電壓U0。,將待測物體放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U1，由U0=km0g得k=U0/m0g，測得U1=kmg，所以m=m0U1/U0。,（3）可能出現(xiàn)的問題,因電源電壓不夠而輸出電壓 調(diào)不到零。,待測物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程。,聲傳感器的應(yīng)用話筒,（1）話筒的作用是什么？,（2）說明動圈式話筒的工作原理和工作過程。,聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號,膜片接收到聲波后引起振動，連接在膜片上的線圈隨著一起振動，線圈在永磁體的磁場里振動從而產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號），感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個信號電流經(jīng)擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發(fā)出放大的聲音。,（3）說明電容式話筒的工

7、作原理和工作過程。這種話筒的優(yōu)點是什么？,（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點？,利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電源充電當(dāng)聲波使膜片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓優(yōu)點：保真度好。,駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜優(yōu)點：體積小，重量輕，價格便宜，靈敏度高，工作電壓低。,演示實驗：,按照如圖所示的連接駐極體話筒的工作電路，話筒的輸出端經(jīng)過隔直電容接到示波器。對著話筒喊話，觀察示波器的熒光屏上的波形，再用另外一人同樣對話筒喊話，比較兩次聲音產(chǎn)生的波形有什

8、么不一樣。,溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗,溫控開關(guān)：,取一個報廢的日光燈啟 輝器，去掉外殼，敲碎 氖泡的玻璃，可以看到 一個U型的雙金屬片， 雙金屬片的旁邊有一根 直立的金屬絲，兩者構(gòu) 成一對觸點，常溫下觸 點是分離的，用火焰靠 近金屬片，可以看到雙 金屬片的形狀變化，與金屬絲接觸，熄滅火焰，雙金屬片 逐漸恢復(fù)原狀，兩個觸點分離。 把這個啟動器用到溫控開關(guān)，可以控制小燈泡的亮和滅。,思考與討論：,（1）常溫下，上、下觸點應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？,常溫下，上、下觸點應(yīng)是接觸的，但溫度過高時， 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

9、下彎曲，使觸點分離，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，起到自動控制 溫度的作用,（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè) 定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實現(xiàn)的？,熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度， 此時可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動 彈性鋼片升降，從而改變觸點接觸的難易，達(dá)到控 制在不同溫度的目的,溫度傳感器的另一應(yīng)用電冰箱的溫控裝置,如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度 控制器的結(jié)構(gòu)，銅質(zhì)的測溫泡1， 細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連成密 封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷盒 它的蒸汽，構(gòu)成一個溫度傳感 器，膜盒3為扁圓形，右表面固 定，左

10、表面通過小柱體與彈簧片 4連接，盒中氣體的壓強增大時，盒體就會膨脹，測溫泡1 安裝在冰箱的冷藏室中。5、6分別是電路的動觸點盒靜觸 點，控制制冷壓縮機的工作，拉簧7的兩端分別連接到彈簧 片4盒連桿9上。連桿9的下端是裝在機箱上的軸。凸輪8是 由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆時針旋轉(zhuǎn)時凸輪連桿上端右 移，從而加大對彈簧7的拉力。,電冰箱溫控裝置的工作原理是什么？,自動控溫原理,如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)，銅制的測溫泡1、細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連通成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，構(gòu)成了一個溫度傳感器，膜盒為扁圓形，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接，盒中氣體的壓強增大時，盒體就會膨脹，測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。5、6分別是電路的動觸點和靜觸點，控制制冷壓縮機的工作，拉簧7的兩端分別連接到彈簧片和連桿9上，連桿9的下端裝在機箱上的軸，凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆時針旋轉(zhuǎn)時凸輪連桿上端右移，從而加大對彈簧7的拉力。當(dāng)冷藏室里的溫度升高時，1、2、3中的氯甲烷受熱膨脹，彈性金屬膜盒3的左端膨脹，推動彈簧片4向左轉(zhuǎn)動，使5、6接觸，控制的壓縮機電路開始工作制冷，當(dāng)溫度下降到一定程度，氯甲烷受冷收縮，5、6又分開，制冷結(jié)束，直到下次溫度升高再重復(fù)上述過程。,溫度設(shè)定原理,將凸輪8逆時針旋轉(zhuǎn)，凸輪將連桿9向右頂，使得彈簧 7彈力增大，此時要將5、6觸點接通，所