第五章傳感器第二節(jié)傳感器的應用學習目標學法與考法1．了解傳感器在生活和生產(chǎn)中的應用，會運用傳感器知識解釋一些生活中的問題(重點)2．會通過圖書館、網(wǎng)絡獲取信息，自主學習，解釋生產(chǎn)、生活中遇到的傳感器的基本原理(重點)學法：①通過閱讀教材，了解常見傳感器的應用；②通過查閱資料，了解生活中傳感器的工作原理考法：①考查傳感器在生活和生產(chǎn)中的應用；②考查生活中傳感器的工作原理知識概覽課前·

自主預習1．與溫度控制相關的家用電器：電飯煲、電冰箱、________、空調(diào)機、消毒碗柜等，都用到溫度傳感器．2．紅外傳感器：自動門、______________、生命探測器、非接觸紅外測溫儀以及防盜、防火報警器等，都用到紅外傳感器．3．照相機中的________傳感器和家用便攜式電子秤的________傳感器等．生活中的傳感器微波爐家電遙控器光敏壓力日常生活中的傳感器是一個大家族，也是我們的好朋友，假如沒有這些傳感器，將會給我們的生活帶來諸多不便，請觀察和思考一下，在生活中有哪些傳感器？【答案】電冰箱、電熨斗、空調(diào)機中要用到溫度傳感器；自動門、家電遙控器、防盜報警器中要用到紅外線傳感器．微思考1．無人管理的自動灌溉系統(tǒng)利用了________傳感器．2．自動化溫室種植中，溫室的自動控溫就是在________傳感器的幫助下實現(xiàn)的．3．現(xiàn)代糧庫采用了______傳感器和________傳感器．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器濕度溫度溫度濕度現(xiàn)代生活中，人們越來越離不開手機，為通信而創(chuàng)造的智能手機，越來越智能化，手機上裝有多種傳感器．當人們接通電話，將手機放在耳邊時，原本亮著的屏幕會熄滅，這是由于屏幕上方安裝了什么傳感器？【答案】當人們接通電話，將手機放在耳邊時，距離傳感器發(fā)出的超聲波遇到物體后反射回傳感器，傳感器收到信號后自動計算出物體與傳感器的距離，當小于系統(tǒng)設置的臨界點時，原本亮著的屏幕會熄滅，安裝了距離傳感器．微思考1．生產(chǎn)安全中，如將一種埋入式________傳感器安置在大橋或水壩中，隨時可以監(jiān)控大橋或水壩的裂痕等安全隱患．2．在自動控制系統(tǒng)中，如數(shù)控機床中的位移測量裝置就是利用高精度________傳感器(如光柵傳感器)進行位移測量，從而實現(xiàn)對零部件的精密加工．工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器光纖位移雙金屬片測溫是利用了物質(zhì)的什么性質(zhì)？【答案】雙金屬片測溫是利用物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)．微思考飛機保持一定飛行高度，當飛機高度變化時，大氣數(shù)據(jù)計算機自動發(fā)出與給定高度的差值信號，并通過自動駕駛儀操縱升降舵，使飛機恢復給定高度；在運載火箭、載人飛船中，應用了傳感器供________和________系統(tǒng)使用；對宇航員的各種生理狀態(tài)的測量有________傳感器，如測量血壓、心電圖、體溫等．遙測航天航空中的傳感器遙控生理請舉出幾個例子說明光傳感器的用途．【答案】紫外光敏電阻器主要用于探測紫外線強度；紅外光敏電阻器則廣泛用于導彈制導；可見光光敏電阻器主要用于各種光電控制系統(tǒng)；光敏晶體管傳感器廣泛用于各種檢測技術．微思考當某地出現(xiàn)疫情時，在機場、車站等交通出入口，使用紅外線熱像儀，通過紅外線遙感，可檢測出經(jīng)過它時的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播．關于紅外線熱像儀，下列說法正確的是 (

)A．選擇紅外線進行檢測，主要是因為紅外線具有熒光效應B．紅外線熱像儀通過發(fā)射紅外線照射人體來檢測C．紅外線熱像儀同時還具有殺菌作用D．一切物體都能發(fā)射紅外線，而且物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同【答案】D【解析】紅外線熱像儀是根據(jù)物體發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同而工作的，故D正確．課堂·

重難探究1．傳感器的應用步驟物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉(zhuǎn)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．傳感器的應用分析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)輸出信號分析：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(jié)構分析：認真分析傳感器所在的電路結(jié)構，在熟悉常用電子元件工作特點的基礎上，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(zhuǎn)換的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機構進行工作的過程．例1如圖所示，圖中1是彈簧，2是銜鐵，3是觸點，4是電磁鐵，5是負溫度系數(shù)的熱敏電阻，6是滑動變阻器，7是電鈴，它們組成一種溫度自動報警電路，試說明這種簡單溫度自動報警電路的工作原理．【答案】當熱敏電阻溫度升高到一定值時，電磁鐵電路中的電流增大，電磁鐵吸引銜鐵使電鈴電路閉合，電鈴響并報警；當溫度下降后，電阻增大，電流減小，電磁鐵磁性減弱，銜鐵被彈簧拉起，電鈴電路斷開，電鈴不發(fā)聲．變式1小強用恒溫箱進行實驗時，發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無法自動控制．經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒有故障．參照原理圖，下列對故障判斷正確的是 (

)A．只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障B．只可能是溫度設定裝置出現(xiàn)故障C．熱敏電阻和溫度設定裝置都可能出現(xiàn)故障D．可能是加熱器出現(xiàn)故障【答案】C【解析】由恒溫箱原理圖可知，若熱敏電阻出現(xiàn)故障或溫度設定裝置出現(xiàn)故障都會向控制器傳遞錯誤信息，導致控制器發(fā)出錯誤指令，C正確，A、B錯誤；若加熱器出現(xiàn)故障，只有一種可能，即不能加熱，而題中加熱器一直加熱才會使溫度持續(xù)升高，D錯誤．

對于含有敏感元件的傳感器，要明確使用了哪種敏感元件，根據(jù)敏感元件的原理，確定外界因素發(fā)生變化時，敏感元件將如何變化，又將會引起相應的電學量如何變化，根據(jù)電學量的變化作出相應的判斷．

有關熱敏電阻的傳感器應用問題，實際上是電路中的電阻計算問題和阻值變化問題，基本方法是根據(jù)歐姆定律確定電阻，再找電阻和溫度的關系，或先根據(jù)溫度確定電阻，再求解其他物理量．1．電容器的電容取決于極板間的正對面積S、極板間距d、極板間的電介質(zhì)這幾個因素．如果某個物理量(如角度θ、位移x、深度H等)的變化引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，通過電容的變化就可以確定上述物理量的變化，這種電容器稱為電容式傳感器．傳感器的應用實例2．常見電容式傳感器3．力學傳感器的分析方法(1)分析清楚力學傳感器的工作原理，明確裝置是如何將力這個非電學量轉(zhuǎn)換為電學量是解決該類問題的關鍵．(2)涉及電路計算時，注意歐姆定律及分壓原理的應用．例2

(多選)下圖是某電子秤的原理圖，人只要站在踏板上，儀表G就能顯示人的體重，踏板下面的傳感器R實質(zhì)是一個阻值可隨壓力大小而變化的電阻，顯示體重的儀表G實質(zhì)是理想電流表，如果不計踏板的質(zhì)量，電阻R隨人的體重G變化的函數(shù)關系式為R＝a－kG(a、k是常量，G和R的單位分別是N和Ω)，下列說法正確的是 (

)A．傳感器R是一個力電傳感器B．閉合電路測量時，電路中的電流隨人的體重均勻變化C．該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表G刻度盤的零刻度處D．如果要擴大電子秤的量程，滑動變阻器R′接入電路中的電阻應調(diào)大【答案】AD變式2下圖是智能稱重地磅，使用它方便快捷、計量精度高、反應速度靈敏、移動方便，這種地磅安裝了應變式力傳感器．下列關于應變式力傳感器的說法不正確的是 (

)A．應變片是由半導體材料制成B．當應變片的表面拉伸時，其電阻變大；反之，變小C．傳感器輸出的是應變片上的電壓D．外力越大，輸出的電壓差值也越大【答案】C【解析】應變片多用半導體材料制成，A正確；當應變片拉伸時，其電阻變大，B正確；傳感器輸出的是上、下兩應變片上的電壓差值，并且隨著外力的增大，輸出的電壓差值也就越大，C錯誤，D正確．核心素養(yǎng)應用1．生活中的傳感器(1)與溫度控制相關的家用電器：電飯煲、電冰箱、微波爐、空調(diào)、消毒碗柜等，都用到溫度傳感器．(2)紅外傳感器：自動門、家電遙控器、生命探測器、非接觸紅外測溫儀以及防盜、防火報警器等．(3)照相機中的光傳感器和家用便攜式電子秤的壓力傳感器等．常見傳感器的應用2．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器(1)濕度傳感器：判斷農(nóng)田的水分蒸發(fā)情況，自動供水或停水．(2)溫度傳感器和濕度傳感器：可對上百個點進行溫度和濕度監(jiān)測．由于有了十分先進可靠的測試技術，有效地減少了霉變現(xiàn)象．3．工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器(1)生產(chǎn)的自動化和半自動化．用機器人、自動化小車、自動機床、各種自動生產(chǎn)線或者系統(tǒng)，代替人完成加工、裝配、包裝、運輸、存儲等工作．各種傳感器使生產(chǎn)的自動運行保持在最佳狀態(tài)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高效率和產(chǎn)量，節(jié)約原材料等．(2)在數(shù)控機床中的位移測量裝置，就是利用高精度位移傳感器進行位移測量，從而實現(xiàn)對零部件的精密加工．4．飛向太空的傳感器在航空、航天技術領域，傳感器應用得較早，也應用得較多，在運載火箭、載人飛船中，都應用了大量的傳感器供遙測和遙控系統(tǒng)使用．這些傳感器對控制航天器的姿態(tài)、接收和發(fā)送信息、收集太空數(shù)據(jù)等都有重要作用．在載人飛船中還使用一類測量航天員各種生理狀況的生理傳感器，如測量血壓、心電圖、體溫等．例3

如圖所示，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，a、b端電壓Uab≤0時，電壓鑒別器會令開關S閉合，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度升高；當a、b端電壓Uab＞0時，電壓鑒別器會令開關S斷開，停止加熱，則恒溫箱內(nèi)的溫度可保持在 (

)A．10℃

B．20℃

C．35℃

D．45℃【答案】C小練·

隨堂鞏固1．(多選)下列關于光傳感火災報警器的說法中正確的是 (

)A．發(fā)光二極管、光電三極管都是由半導體材料制成的B．光電三極管與光敏電阻一樣都是光敏感元件，都是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號C．發(fā)光二極管發(fā)出的是脈沖微光D．如果把擋板撤去，火災報警器照樣工作【答案】AB【解析】發(fā)光二極管工作時是持續(xù)發(fā)光的，擋板撤去，光始終照到光電三極管上，始終發(fā)出警報，和有無火災無關．2．用遙控器調(diào)換電視機頻道的過程，實際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程，下列屬于這類傳感器的是 (

)A．紅外報警裝置B．走廊照明燈的聲控開關C．自動洗衣機中的壓力傳感裝置D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器【答案】A【解析】紅外報警器是當有人或物通過時，將紅外線遮住從而使得光信號被遮住，光電效應裝置無電流通過，紅外報警器則通過另外的裝置聯(lián)系一定的動作，是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程，A正確；而B是將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程；C是將壓力轉(zhuǎn)換為電信號的過程；D是將溫度轉(zhuǎn)換為電信號的過程．3．(多選)家用電熱滅蚊器電熱部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由鈦酸鋇等導體材料組成的電阻器，其電阻率ρ與溫度t的關系如圖所示．由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、控溫雙重功能，若電熱滅蚊器環(huán)境溫度低于t1，以下判斷正確的是 (

)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．當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1或t2不變D．當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1～t2間的某一值不變【答案】AD【解析】從題圖線上可以看出，如果通電前PTC的溫度t＜t1，通電后由于發(fā)熱的緣故，溫度升高致使電阻率減小，發(fā)熱功率將進一步增大，形成正反饋效應，致使溫度大于t1，隨著溫度的升高，電阻率也增大，功率將減小，形成負反饋效應，發(fā)熱功率的減小制約了溫度的進一步升高．從以上分析可知，t＜t1時，溫度會升高；t1>t＞t2時，溫度會降低．故溫控點在t1～t2，即溫度保持在t1～t2間的某一值．故A、D正確．4．(多選)電容式話筒含有電容式傳感器，如圖所示．導電性振動膜片與固定電極構成一個電容器，當振動膜片在聲壓的作用下運動時，兩個電極間的電容發(fā)生變化，電路中電流隨之變化，這樣聲信號就轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺斦駝幽て蜃筮\動時，下列說法正確的是 (

)A．電容器電容增大B．電容器所帶電