傳感器的應用(一、二)6-2.傳感器的應用(一)(二)傳感器應用的一般模式傳感器電信號微弱放大轉(zhuǎn)換電路執(zhí)行機構顯示器計算機系統(tǒng)6-2.傳感器的應用(一)(二)一.力傳感器電子秤金屬梁形變（力學量）電壓（電學量）轉(zhuǎn)換6-2.傳感器的應用(一)(二)機理半導體材料應變片金屬梁上下表面各貼一個應變片自由端受到向下壓力梁發(fā)生彎曲上表面拉伸下表面壓縮R增大R減小片應變F越大應變片中R變化越大I

恒定輸出電壓差大6-2.傳感器的應用(一)(二)【例1】

某學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，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U?，F(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）請設想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題。力電轉(zhuǎn)換器受壓面_++_輸出輸入6-2.傳感器的應用(一)(二)力電轉(zhuǎn)換器受壓面_++_V(1)電路設計(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，記下輸出電壓U0。將待測物體放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U1。得k=U0/m0g由U0=km0g得m=m0U1/U0

由U1=kmg(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6-2.傳感器的應用(一)(二)二.聲傳感器動圈式話筒膜片聲波趨動下平衡位置附近振動線圈振動線圈中磁通量周期性變化周期性變化的感應電流6-2.傳感器的應用(一)(二)絕緣支架電容式話筒薄金屬膜M固定電極N構成電容器充電直流電源膜片M聲波趨動振動電容變化電容器充電放電電路中形成變化電流R兩端輸出與聲音規(guī)律相同的電壓6-2.傳感器的應用(一)(二)駐極體話筒2.7kΩERCSD6V10μF駐極體話筒輸出工作電路由內(nèi)部的柱極體塑料膜感受聲波工作原理與電容話筒類似特點體積小重量輕價格便宜靈敏度高

注:電介質(zhì)在電場中的極化現(xiàn)象。撤去電場后，長期保持被極化狀態(tài)的材料稱之為駐極體。6-2.傳感器的應用(一)(二)

例2唱卡拉OK用的話筒,內(nèi)有傳感器,其中有一種是動圈式的,它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈,線圈處于永磁體的磁場中,當聲波使膜片前后振動時,就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?下列說法正確的是()

A.該傳感器是根據(jù)電流的磁效應工作的

B.該傳感器是根據(jù)電磁感應原理工作的

C.膜片振動時,穿過金屬線圈的磁通量不變

D.膜片振動時,金屬線圈中不會產(chǎn)生感應電動勢B6-2.傳感器的應用(一)(二)

例3

電容式話筒的保真度比動圈式話筒好,其工作原理如圖所示,Q是絕緣支架,M是薄金屬膜和固定電極N形成一個電容器,被直流電源充電,當聲波使膜片振動時,電容發(fā)生變化,電路中形成變化的電流,當膜片向右運動的過程中有（）

A電容變大

B電容變小

C導線AB中有向左的電流

D導線AB中有向右的電流AC6-2.傳感器的應用(一)(二)金屬板金屬膜振動膜外電路

例4

如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，導致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導致電容變化的原因可能是容器兩板間的（）

A距離變化

B正對面積變化

C介質(zhì)變化

D電壓變化A6-2.傳感器的應用(一)(二)三.溫度傳感器電熨斗原理圖雙金屬片溫控原理6-2.傳感器的應用(一)(二)問題1:常溫下，上、下觸點應是接觸的還是分離的？當溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？

常溫下，上、下觸點應是接觸的，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，雙金屬片恢復原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進行，起到自動控制溫度的作用．6-2.傳感器的應用(一)(二)問題2:

熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度，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，達到控制在不同溫度的目的．6-2.傳感器的應用(一)(二)

例5

如圖所示，圖甲為熱敏電阻

R—t

圖象，圖乙為用此熱敏電阻

R

和繼電器組成的一個簡單恒溫箱控制電路，繼電器線圈的電阻為150Ω。當線圈中的電流大于或等于20mA時，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池電動勢ε=6V，內(nèi)阻不計。圖中的“電源”是恒溫箱加熱的電源。

(1)應該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端還是C、D端？

(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持1000C，可變電阻R′的值應調(diào)節(jié)為多少？6-2.傳感器的應用(一)(二)解答：(1)A、B

端。RG

(2)由圖甲知，t=100℃時R=50Ω

繼電器電路中電流在100℃時:

I=

其中為繼電器的電阻代入數(shù)據(jù)解得:R

ε

+RG

+R′R′=100Ω6-2.傳感器的應用(一)(二)

例6

如圖甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖，箱內(nèi)的電阻R1

=20kΩ，R2

=10kΩ，R3

=40kΩ，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示．當a、b端電壓Uab<0時，電壓鑒別器會令開關S

接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當Uab>0時，電壓鑒別器使S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在______℃．6-2.傳感器的應用(一)(二)解答：

設電路兩端電壓為為U，當Uab=0時，有：UR1+R2R1=URtR3+R3解得Rt

=20kΩ查圖乙可知，當Rt

=20kΩ時，t=35℃6-2.傳感器的應用(一)(二)冰箱溫度控制器M1測溫泡2細管3彈性金屬盒4彈簧片5動觸點6靜觸點7拉桿8凸輪9連桿冰箱內(nèi)溫度較高時，密封系統(tǒng)中的壓強增大，盆體膨脹，膜盒3通過小柱體帶動彈簧片4，使動觸點5與靜觸點6接觸，控制壓縮機自動開始工作，而在達到設定的低溫時拉簧帶動彈簧片4將觸點5、6斷開，使壓縮機停止工作．

凸輪逆時針轉(zhuǎn)動會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與彈性膜盒3共同控制彈簧片4的運動，故彈簧7上彈力的變化會改變設定的溫度．6-2.傳感器的應用(一)(二)電飯鍋感溫鐵氧體感溫材料氧化錳、氧化鋅氧化鐵粉末混合居里點常溫下有磁性約1030C

時，失去磁性結(jié)構圖示開始煮飯時，用手壓下開關按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復到圖示狀態(tài)。水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持100℃不變。飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當溫度升至“居里點103℃”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱．如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100℃不變，溫度低于“居里點103℃”，電飯鍋不能自動斷電。只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動斷電。6-2.傳感器的應用(一)(二)

例7

有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件分別接入如圖所示電路中A、B兩點后，用黑紙包住元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法正確的是（）A.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ABAC6-2.傳感器的應用(一)(二)

例8

如圖所示是一種熱敏電阻（PTC元件）的電阻R

隨溫度t變化的關系圖線，這種元件具有發(fā)熱、控溫雙重功能．常見的電熱滅蚊器中就使用這種元件來加溫并控制溫度．如果將該元件接到220V恒定電壓下，則()A．通電后，其電功率先增大后減小

B．通電后，其電功率先減小后增大

C．當其發(fā)熱功率等于散熱功率時，溫度保持在t1不變

D．當其發(fā)熱功率等于散熱功率時，溫度保持在t1

到t2之間的某一值不變t/℃Rt2t1AD6-2.傳感器的應用(一)(二)測溫儀各種數(shù)字式溫度計測溫元件熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶及紅外線敏感元件等可以實現(xiàn)遠距離測溫度實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、畫圖的智能化功能6-2.傳感器的應用(一)(二)非接觸式紅外測溫儀

由于物體的溫度不同，發(fā)射紅外線的情況也不同，因此利用紅外線敏感元件可以實現(xiàn)無接觸測溫．熱電偶T1T2mAT1≠T26-2.傳感器的應用(一)(二)四.光傳感器鼠標器滾球、滾軸與碼盤、紅外發(fā)射管與紅外接收管部件

當鼠標在桌面上滾動時，滾球的運動通過滾軸帶動兩個碼盤轉(zhuǎn)動，紅外接收管就收到斷續(xù)的紅外線脈沖，輸出相應的電脈沖信號。計算機分別統(tǒng)計x、y兩個方向的脈沖信號，處理后就使屏幕上的光標產(chǎn)生相應的位移。原理6-2.傳感器的應用(一)(二)火災報警器煙霧散射式火災報警器結(jié)構原理在沒有發(fā)生火災時，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。當發(fā)生火災時，產(chǎn)生大量煙霧，煙霧進入罩內(nèi)后對光有散射作用，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，就會發(fā)出警報。原理工作6-2.傳感器的應用(一)(二)

例9

如圖所示為一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖。A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪。車輪轉(zhuǎn)動時，A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實驗顯示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是

，小車速度的表達式為v=

；行程的表達式為S=

。6-2.傳感器的應用(一)(二)解答:分析：光束原來是連續(xù)的，是轉(zhuǎn)動的齒輪使光束變?yōu)槊}沖，因此脈沖情況必定與齒輪（或車輪）的轉(zhuǎn)動有關，也就與速度和行程有關。車行駛速度在數(shù)值上等于車輪繞軸轉(zhuǎn)動的線速度即v=2πRf

(R

為車輪半徑，f

為轉(zhuǎn)速

)被

B

接收到，則f=若D

的齒輪數(shù)為Q，則車輪轉(zhuǎn)一圈有Q

個光脈沖nQ2πRn，則車速v=Q車的行程

S=vt

，其中t=NnQ2πRNQ，則S=由上可知還需測量的量是：車輪半徑R

和D

輪齒輪數(shù)Q

6-2.傳感器的應用(一)(二)

例10

計算機光驅(qū)的主要部件是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號，激光掃描光盤信息時，激光頭利用光敏電阻自動計數(shù)將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng)，再通過計算機顯示出來相應的信息。光敏電阻的自動計數(shù)示意圖如圖所示，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計數(shù)器的基本工作原理是（）

A當有激光照射R1

時，處理系統(tǒng)獲得高電壓

B當有激光照射R1

時，處理系統(tǒng)獲得低電壓

C信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次

D信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次信號處理系統(tǒng)R2R1激光AD6-2.傳感器的應用(一)(二)測力測物體加速度測物體角速度測位移拓展性研究6-2.傳感器的應用(一)(二)如圖所示為一種測定風作用力的儀器原理圖，圖中P為金屬球，懸掛在一細長裸金屬絲下面，O

是懸掛點，R0

是保護電阻，CD是水平放置的光滑電阻絲，與懸掛小球的細金屬絲始終保持良好接觸，無風時細金屬絲與電阻絲在C點接觸，此時電路中的電流為I，有風時細金屬絲將偏轉(zhuǎn)一角度θ（θ與風力大小有關），細金屬絲與電阻絲在C′點接觸，已知風力方向水平向左，OC=h，CD=l，球的質(zhì)量為

m，電阻絲單位長度的電阻為k，電源內(nèi)電阻和細金屬絲電阻均不計，金屬絲偏轉(zhuǎn)θ角時，電流表的示數(shù)為I′，此時風力大小為F，試寫出：(1)風力大小F

與θ的關系式.(2)風力大小F

與電流表示數(shù)I′

的關系式.PC′AOR0CDθ6-2.傳感器的應用(一)(二)解答：(1)小球

P受力如圖所示。mg

FTθ根據(jù)平衡條件，風力F=mgtanθ(2)設電源電動勢為E，BC

長為x，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：E=I(R0+kl)E=I′(R0+kx)由幾何關系有：x=htanθx=R0+klI′I—R0k—kF=R0+klI′I—R0kkmghh)(所以解得F與I′的關系式為:6-2.傳感器的應用(一)(二)

慣性制導系統(tǒng)已廣泛應用于導彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計。加速度計的構造和原理的示意圖如圖示，沿導彈長度方向按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?；瑝K上有指針，可通過標尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進行制導。設某段時間內(nèi)導彈沿水平方向運動，指針向左偏離O

點的距離為S，則這段時間內(nèi)導彈的加速度（）A.方向向左，大小為kS/mB．方向向右，大小為kS/mC．方向向左，大小為2kS/m

D.方向向右，大小為2kS/m01010UPD6-2.傳感器的應用(一)(二)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，當導彈以加速度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，作為導彈慣性制導系統(tǒng)的信息源，為控制0101