1、2 传感器的应用,【自主预习】 1.传感器的一般工作模式:,传感器,2.力传感器的应用电子秤: (1)组成及敏感元件:由金属梁和_组成,敏感元 件是_。 (2)工作原理。,应变片,应变片,电阻,电压,(3)作用:应变片将物体形变这个_转换为电压 这个电学量。,力学量,3.温度传感器的应用实例:,热膨胀系数,103,103,4.光传感器的应用:,发光二极管LED,【预习小测】 1.街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄,利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制,这是利用半导体的 ( ) A.压敏性 B.光敏性 C.热敏性 D.霍尔效应,【解析】选B。压敏性指的是对
2、压力的敏感性,通过压 力的变化改变电阻阻值的原理,路灯和航标灯没有涉及 压力的问题,所以A项错误;在光照下电阻发生变化,导 致电流发生变化,实现自动控制,光敏电阻可以起到开 关的作用,在需要对光照有灵敏反应的自动控制设备中 有广泛应用,所以B项正确;温度变化时,电阻变得非常 迅速,它能将温度变化转化为电信号,可以知道温度,变化的情况,所以C项错误;霍尔效应是电磁效应的一种,当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差,这一现象就是霍尔效应,与本题不相关,所以D项错误。,2.用遥控器调换电视机频道的过程,实际上就是电视机中的传感器把光信号转换为电信号的过程。
3、下列属于这类传感器的是 ( ) A.红外报警装置 B.走廊照明灯的声控开关 C.自动洗衣机中的压力传感装置 D.电饭煲中控制加热和保温的温控器,【解析】选A。遥控器发出红外线,电视机中的传感器感知红外线,是红外线传感器,所以选项A正确。,3.如图所示是电阻R随温度T变化的图象,下列说法中正确的是 ( ),A.图线1是热敏电阻的图象,它是用金属材料制成的 B.图线2是热敏电阻的图象,它可以用半导体材料制成 C.图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高 D.图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度低,【解析】选B。图线1是金属热电阻的图象,金属热电阻的化学稳定性好,测温范围大,但是灵敏度
4、较低,故选项A、C错误。图线2是热敏电阻的图象,热敏电阻可以用半导体材料制成,热敏电阻的化学稳定性差,测温范围小,但灵敏度高,故选项B正确,D错误。,主题 传感器的实例应用 【互动探究】 1.在电子秤测力时,应变片是如何把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量的?,提示:在电子秤中有一个弹簧钢制成的梁形元件,在梁的上下表面各贴有一个应变片,当在梁的自由端施加压力时,梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩,根据电阻定律可知,上表面应变片的电阻变大,下表面应变片的电阻变小。而应变片中通过的电流保持不变,所以上表面应变片两端的电压变大,下表面应变片两端的电压变小,传感器把这两个电压的差值输出,这样就把物
5、体形变这个力学量转换为电压这个电学量。,2.试讨论电熨斗中的双金属片传感器的工作原理。 提示:双金属片的上部和下部在受热后膨胀情况不同,当温度过高时,双金属片的上部膨胀大,下部膨胀小,双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热;当温度过低时,双金属片恢复原状,使触点接通,接通电源,继续加热。,3.什么是感温铁氧体?分析它在电饭锅中起什么作用。 提示:电饭锅中应用的温度传感器,其主要元件是感温 铁氧体。感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉 末混合烧结而成的。它的特点是常温下具有铁磁性,能 够被磁体吸引,但是当温度上升到“居里温度”(约 103)时,就失去了磁性,不能被磁体吸引了。电饭
6、锅 中的温度传感器起限温开关的作用,手动闭合,当感温,铁氧体的温度上升到“居里点”(约103)时,开关自动断开,且不能自动复位,以此来控制电饭锅中的温度。,【探究总结】 1.传感器问题的分析思路: 物理传感器是将所感受到的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤: (1)信息采集。 (2)信息加工、放大、传输。 (3)利用所获得的信息执行某种操作。,2.分析传感器问题的四点注意: (1)感受量分析: 要明确传感器所感受的物理量,如力、热、光、磁、声等。 (2)输出信号分析: 明确传感器的敏感元件,分析它的输入信号及输出信号,以及输入信号与输出
7、信号间的变化规律。,(3)电路结构分析: 分析传感器所在的电路结构,在熟悉常用电子元件工作特点的基础上,分析电路输出信号与输入信号间的规律。,(4)执行机构工作分析: 传感器的应用,不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程,还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。,【拓展延伸】传感器在不同领域中的应用 1.生活中的传感器: (1)与温度控制相关的家用电器:电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等,都用到温度传感器。 (2)红外传感器:自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、火灾报警器等。,(3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等。,2.农业生产中的传感
8、器: (1)湿度传感器:判断农田的水分蒸发情况,自动供水或停水。 (2)温度传感器和湿度传感器可对粮仓内上百个点进行温度和湿度监测,有效地减少了霉变。,3.工业生产中的传感器: (1)生产的自动化和半自动化。用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统,来代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作,各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态,以确保生产质量,提高效率和产量,节约原材料等。,(2)在数控机床中的位移测量装置,就是利用高精度位移传感器进行位移测量,从而实现对零部件的精密加工。,【典例示范】 电热毯、电饭锅是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大
9、致相同。如图为某种电热式电器的简化电路图,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S。,(1)开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么状态? (2)电源电压U=220V,加热时用电器功率为400W,保温时用电器功率为40W,求R1与R2的值。,【解题指南】解答本题需把握以下两点: (1)明确加热状态消耗电功率较大,保温状态消耗电功率较小。 (2)本题中的传感器电路并未画出,但要知道温度传感器的功能;温度达到设定值时就要断开开关S,转入保温状态。,【解析】(1)当S闭合时,R2短路,此时电路总电阻最小, 由P= 知功率最大,为加热状态;当S断开时,R1、R2串 联,电路总电阻最大,功率最小,为保温状态
10、。 (2)S闭合时,处于加热状态,有Pmax= ,S断开时,处于 保温状态,有Pmin= 代入数据联立解得:R1=121,R2=1 089。,答案:(1)S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态 (2)121 1 089,【探究训练】 1.下列应用了温度传感器的是 ( ) A.商场里的自动玻璃门 B.夜间自动打开的路灯 C.自动恒温冰箱 D.楼梯口的夜间有声音时就亮的灯,【解析】选C。商场里的自动玻璃门是应用了红外线传感器,A错误;夜间自动打开的路灯是利用了光传感器,B错误;自动恒温冰箱是利用了温度传感器,C正确;夜间有声音时就亮的楼梯灯是利用了声音传感器,D错误。,2.(多选)压敏电阻的阻值会
11、随所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置,如图甲所示,将压敏电阻平放在升降机内,受压面朝上,在上面放一物体m,升降机静止时电流表示数为I0。某过程中电流表的示数如图乙所示,则在此过程中 ( ),A.物体处于失重状态 B.物体处于超重状态 C.升降机一定向上做匀加速运动 D.升降机可能向下做匀减速运动,【解析】选B、D。电流表的示数变为2I0且保持不变,说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小,压敏电阻所受压力变大,物体处于超重状态,即物体具有向上的加速度,B、D正确,A、C错误。,3.(2018石家庄高二检测)有一种测量体重的电子秤,其原理图如图中的虚线框内所示,它主
12、要由三部分构成:踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R(一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(其实质是电流表)。其中AOBO=51。已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示:,设踏板的杠杆组件质量不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.68V,则: (1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式。 (2)该电子秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处? (3)如果某人站在踏板上,电流表刻度盘示数为20mA,这个人的体重是多少?,【解析】(1)由表中数据归纳得出R=300-0.6F()。 (2)依题意可知,电子秤空载时压力传感器受到的压力
13、 为0,由表可知,此时压力传感器的电阻R1=300,电路 中的电流为I= =15.6mA,所以该秤零刻度线应标 在电流表刻度盘的15.6mA处。,(3)当电流表刻度盘的读数为I2=20mA时,压力传感器的 电阻R2= =234 由R=300-0.6F算得F2=110N 再由F2AO=GBO得G=550N。 答案:(1)R=300-0.6F() (2)15.6mA (3)550N,【补偿训练】 (多选)如图所示是一种延时开关,当S1闭合时,电磁铁F将衔铁D吸下,C线路接通。当S1断开时,由于电磁感应作用,D将延迟一段时间才被释放。则 ( ),A.由于A线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用
14、B.由于B线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用 C.如果断开B线圈的电键S2,无延时作用 D.如果断开B线圈的电键S2,延时将变长,【解析】选B、C。根据题中所提示的信息,不难发现延 时开关的基本工作原理是当S1闭合时,电磁铁F将衔铁D 吸下,C电路接通,这时虽然B线圈的开关S2闭合,但通过 它的磁通量不变,所以没有电磁感应现象发生。当S1断 开时,A线圈立即断路,不会产生电磁感应现象,但通过B 线圈的磁通量减少,由于B线圈的电磁感应作用,才产生 延时释放D的作用,选项B正确,选项A错误。如果此时断,开B线圈的开关S2,B线圈虽然产生感应电动势,但不产生感应电流,不能吸引衔铁D,无延时作用,选项C正确,选项D错误。,【通法悟道】分析传感器问题的两个关键 (1)分析传感器问题时,应明确装置是如何将非电学量转化为电学量的。 (2)涉及电路计算时,注意欧姆定律等电路规律的应用。,【课堂小结】,
