1、第5章 傳感器及其應(yīng)用,2.傳感器的應(yīng)用 （一）,傳感器的特征：傳感器是能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路通斷的一類(lèi)元件。,一、知識(shí)回顧,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？,二、問(wèn)題與討論,光敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。熱敏電阻將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。霍爾元件把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量。,1、傳感器應(yīng)用的一般模式,三、傳感器的應(yīng)用,傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖,2力傳感器的應(yīng)用電子秤,閱讀與思考（人教版）,（1）電子秤使用的測(cè) 力裝置是什么？它是由 什么

2、元件組成的？,測(cè)力裝置是力的傳感器，常用的一種力傳感器是由金屬梁和應(yīng)變片組成，應(yīng)變片是一種敏感元件，多用半導(dǎo)體材料制成,（2）簡(jiǎn)述力傳感器的 工作原理。,彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片，在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面電阻變小。F越大，彎曲形變?cè)酱?，?yīng)變片的阻值變化就越大。如果讓?xiě)?yīng)變片中通過(guò)的電流保持恒定，那么上面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下面應(yīng)變片兩端電壓變小。傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出。外力越大，輸出的電壓差值也就越大。,（3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？,應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓

3、這個(gè)電學(xué)量。,3聲傳感器的應(yīng)用話筒,問(wèn)題與思考,（1）話筒的作用是什么？,話筒的作用是把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。,（2）說(shuō)明動(dòng)圈式話筒的工作原理和工作過(guò)程。,圖1,動(dòng)圈式話筒的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。膜片接收到聲波后引起振動(dòng)，連接在膜片上的線圈隨著一起振動(dòng)，線圈在永磁體的磁場(chǎng)里振動(dòng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號(hào)），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(gè)信號(hào)電流經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音。,（3）說(shuō)明電容式話筒的工作原理和工作過(guò)程。這種話筒的優(yōu)點(diǎn)是什么？,電容式話筒的工作原理：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(gè)電容器，被直流

4、電源充電當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，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(diǎn)：保真度好。,（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？,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(diǎn)：體積小，重量輕，價(jià)格便宜，靈敏度高，工作電壓低。,注：駐極體話筒利用了電介質(zhì)的極化現(xiàn)象：將電介質(zhì)放入電場(chǎng)中，在前后兩個(gè)表面上會(huì)分別出現(xiàn)正電荷與負(fù)電荷的現(xiàn)象某些電介質(zhì)在電場(chǎng)中被極化后，去掉外加電場(chǎng)，仍然會(huì)長(zhǎng)期保持被極化的狀態(tài)，這種材料稱為駐極體,現(xiàn)象：不同的聲波信號(hào)，熒光屏上顯示的波形不同。說(shuō)明話筒產(chǎn)生的電信號(hào)是由接收到的聲波控制的。,4溫度傳感器的應(yīng)

5、用電熨斗,溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高低轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通常是利用物體的某一物理性質(zhì)隨溫度的變化而改變的特性制成的電熨斗就是靠溫度傳感器來(lái)控制溫度的。,電熨斗就裝有雙金屬片溫度傳感器。這種傳感器的作用是控制電路的通斷。,電熨斗結(jié)構(gòu)圖,思考與討論：,（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？,常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過(guò)高時(shí)，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(diǎn)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(dòng)控制溫度的作用,（

6、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(lái)實(shí)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(shí)可通過(guò)調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的,（四）實(shí)例探究,力傳感器的應(yīng)用,【例1】用如圖所示的裝置可以測(cè)量汽車(chē)在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)由力敏電阻組成的壓力傳感器用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為2.0 kg的滑塊可無(wú)摩擦滑動(dòng)，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車(chē)上，傳感器b在前，傳感

7、器a在后汽車(chē)靜止時(shí)，傳感器a、b在的示數(shù)均為 10 N（取g=10 ms2）,（1）若傳感器a的示數(shù)為 14 N、b的示數(shù)為6.0 N，求此時(shí)汽車(chē)的加速度大小和方向 （2）當(dāng)汽車(chē)以怎樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器a的示數(shù)為零,分析：傳感器上所顯示出的力的大小，即彈簧對(duì)傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此即為彈簧上的彈力大小，亦即該彈簧對(duì)滑塊的彈力大小,解：（1）如圖所示，依題意：左側(cè)彈簧對(duì)滑塊向右的推力 F1=14N，右側(cè)彈簧對(duì)滑塊的向左的推力 F2=6.0 N 滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1，根據(jù)牛頓第二定律有,得,4 m/s2,a1與F1同方向，即向前（向右）,（2）a傳感器的讀數(shù)恰為零，即左側(cè)彈簧的

8、彈力,，因兩彈簧相同，左彈簧伸長(zhǎng)多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變?yōu)?N?；瑝K所受合力產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律得,，a2=10m/s2，方向向左,溫度傳感器的應(yīng)用,【例2】 在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC 元件，PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率隨 溫度t的變化關(guān)系如圖所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能對(duì)此，以下判斷正確的是（ ）通電后，其電功率先增大，后減小 通電后，其電功率先減小，后增大 當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1不變 當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1和t2之間的某一值不變 A B C D,

9、隨溫度升高而減小，其電阻R隨之減小，由于加在滅蚊器上的電壓U保持不變，滅蚊器的熱功率P隨之增大，當(dāng)t=t1時(shí)，P=P1達(dá)到最大當(dāng)溫度由t1升高到t2的過(guò)程中增大，R增大，P減??；而溫度越高，其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大，高于環(huán)境溫度的電熱滅蚊器的散熱功率P也就越大；因此在這之間的某一溫度t3會(huì)有P=P3= P，即電熱功率P減小到等于散熱功率時(shí)，即達(dá)到保溫；當(dāng)tP，使溫度自動(dòng)升高到t3；當(dāng)tt3，PP，使溫度自動(dòng)降為t3，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保溫。,正確答案為D。,點(diǎn)評(píng)：對(duì)給定圖象的題目，要注意分析圖象信息，把握變化規(guī)律，并結(jié)合所學(xué)物理規(guī)律進(jìn)行分析討論,為了測(cè)量列車(chē)運(yùn)行的速度和加速度的大小，可采用如圖所示

10、的裝置，它是由一塊安裝在列車(chē)頭底部的強(qiáng)磁體和埋設(shè)在軌道地面的一組線圈及電流測(cè)量?jī)x組成的（測(cè)量?jī)x未畫(huà)出）。當(dāng)列車(chē)經(jīng)過(guò)線圈上方時(shí)，線圈中產(chǎn)生的電流被記錄下來(lái)，就能求出列車(chē)在各位置的速度和加速度。假設(shè)磁體端部磁感強(qiáng)度為B=0.004T，且全部集中在端面范圍內(nèi)，與端面垂直，磁體寬度與線圈寬度相同，且都很小，線圈匝數(shù)n=5，長(zhǎng)L=0.2m，電阻0.4（包括引線電阻），測(cè)試記錄下來(lái)的電流位移如圖所示。試求： 在離O（原點(diǎn)）30m，130m處列車(chē)的速度v1和v2的大小 假設(shè)列車(chē)是勻變速運(yùn)動(dòng)，求列車(chē)加速度的大小,解：I=E/R=nBLv/R,v=IR/nBL= 0.4I50.0040.2= 100I,在30m

11、處，I1 =0.12A v1=12m/s,在130m處，I2 =0.15A v2=15 m/s, a =（ v22 - v12 ）/ 2S = 0.405 m/s2,四、位移傳感器 加速度計(jì),1、兩個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)一樣大 2、滑片在中間位置電壓表的讀數(shù)為零 3、P 點(diǎn)電勢(shì)高與 Q點(diǎn)時(shí)，指針向右偏轉(zhuǎn),電容式位移傳感器,電容器的電容C決定于極板的正對(duì)面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的變化能引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，則通過(guò)測(cè)定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，起這種作用的電容器稱為電容式傳感器。,圖甲是測(cè)量 的電容式傳感器，原理是 。,角度,由于CS，動(dòng)片與定片間的角度發(fā)生變化時(shí)，引起S的變化，通過(guò)測(cè)出C的變化，測(cè)量動(dòng)片與定片間的夾角,圖乙是測(cè)量 的電容式傳感器，原理是 。,液面高度h,由于CS，h發(fā)生變化，金屬芯線和