高三物理選修3-2第六章傳感器課件人教版

1、傳感器是把非電學(xué)物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強(qiáng)、光照度等）轉(zhuǎn)換成易于測量、傳輸、處理的電學(xué)量（如電壓、電流、電容等）的一種組件，起自動控制作用。一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路三個部分組成，如：,一、傳感器的含義,,轉(zhuǎn)換器件,,敏感元件,,轉(zhuǎn)換電路,,第六章 傳感器,2.熱電傳感器:熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會隨溫度的變化而變化的原理把熱學(xué)信號轉(zhuǎn)化成電學(xué)信號制成的，如各種家用電器（空調(diào)、冰箱、熱水器、飲

2、水機(jī)、電飯煲等）的溫度控制、火警報警器、恒溫箱等。,３.光電傳感器:光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管。如果是光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化的原理把光信號轉(zhuǎn)變成電信號制成的。如自動沖水機(jī)、路燈的控制、光電計數(shù)器、煙霧報警器等都是利用了光電傳感器的原理。,4.聲電傳感器:聲電傳感器是利用電磁感應(yīng)的原理把聲音信號轉(zhuǎn)變成電信號。如動圈式話筒、電容式話筒等。,5.電容式傳感器:電容器的電容C決定于極板的正對面積S、極板間距離d以及極

3、板間的電介質(zhì)這幾個因素。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因素的變化，從而引起電容的變化，則通過測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。,6.電感傳感器: 電感式傳感器是利用線圈的自感或互感的變化來測量或控制的一種裝置把磁信號轉(zhuǎn)變成電信號，一般要利用磁場作為媒介或利用磁體的某些現(xiàn)象。,二、傳感器的分類,1.力電傳感器：力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號（位移、速

4、度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號（電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABS防抱死制動系統(tǒng)等。,（1）測物體的質(zhì)量,1.力電傳感器,三、幾種類型的傳感器的應(yīng)用實例分析,（2）測物體加速度（加速度計）,例1：加速度計是測定物體加速度的儀器，它已成為導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇后宇宙飛船制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。如圖為應(yīng)變式加速度計示意圖，當(dāng)系統(tǒng)加速時，加速度計中的敏感元件也處于加速

5、狀態(tài)，敏感元件由彈簧連接并架在光滑支架上，支架與待測系統(tǒng)固定在一起，敏感元件下端的滑動臂可在滑動變阻器R上自由滑動，當(dāng)系統(tǒng)加速運動時，敏感元件發(fā)生位移，并轉(zhuǎn)化為電信號輸出，已知：敏感元件的質(zhì)量為m，兩彈簧的勁度系數(shù)為k，電源的電動勢為E，內(nèi)電阻不計，滑動變阻器的總電阻為R，有效長度為L，靜態(tài)時輸出電壓為U0。試求加速度a與輸出電壓U的關(guān)系式。,①滑動觸頭左右移動過程中，電路中電流如何變化？,②若車的加速度大小為a，則兩彈簧的形變量是多少

6、？,③求加速度a與輸出電壓U的關(guān)系式,不變化,ΔX左=ΔX右=ma/2k,對③式的討論,假設(shè)a向右為正，位置向左△x,理清思路很重要,解：,由分壓原理：,由牛頓第二定律：,由①②得：,例2. 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

7、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) 1.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,D,2. 若電位器（可變電阻

8、）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。,Δx=ma/2k②,U=U0 Rx / R = U0 Δx / L①,U=mU0 a / 2kL③,U0,解：,由①②得：,由分壓原理：,由牛頓第二定律,（2）測物體角速度（角速度計）,可測量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)

9、動角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸OO′轉(zhuǎn)動時，元件A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。,（3）測 力,例3：（風(fēng)力測定儀）如圖所示為一種測定風(fēng)作用力的儀器原理圖，圖中P為金屬球，懸掛在一細(xì)長裸金屬絲下面，O是懸掛點，R0是保護(hù)電阻，CD是水平放置的光滑電阻絲，與懸掛小球的細(xì)金屬絲始終保持良好接觸，無風(fēng)時細(xì)金屬絲與電阻絲在C點接觸，此時電路中的電流為I，有風(fēng)時細(xì)金屬絲將偏轉(zhuǎn)一角度θ（θ與風(fēng)力大小有關(guān)），

10、細(xì)金屬絲與電阻絲在C/點接觸，已知風(fēng)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(xì)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(fēng)力大小為F，試寫出：,①風(fēng)力大小F與θ的關(guān)系式；,②風(fēng)力大小F與電流表示數(shù)I/ 的關(guān)系式。,③此裝置所測定的最大風(fēng)力是多少？,F=Mg·tanθ①,tanθ=L//h②,I/=E/[R0+k(L-L/）] ③,由①到④得：,兩種理解,E=I(

11、R0+kL) ④,思路？,（4）測 位 移,例4：（上?？碱}）演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體M在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是 ( )A. 物體M運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B. 物體M運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C. 物體M不動時，電路中沒有電流D. 物體M不動時，電壓表沒有示數(shù),B,

12、2、熱電傳感器,熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會隨溫度的變化而變化的原理制成的，如各種家用電器（空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī)、電飯煲等）的溫度控制、火警報警器、恒溫箱等。,例5：如圖是一火警報警的一部分電路示意圖。其中R2 為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器。當(dāng)傳感器 R2 所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U 的變化情況是（ ）A.　I 變大，U 變大

13、 B.　I 變小，U 變小 C.　I 變小，U 變大 D.　I 變大，U 變小,火情時溫度升高，R2 減小， R總減小， I總增大， U內(nèi)增大，Uab減小， UR1增大，U并減小， IA減小,B,解：,方法：,①由外到內(nèi)再到外，先不變后變,②增阻，增壓，減流， 減阻，減壓，增流,例6．用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程，實際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的過程。下列屬于這類傳

14、感器的是（ ）A．紅外報警裝置B．走廊照明燈的聲控開關(guān)C．自動洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器,A,３.光電傳感器,例7.如圖示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于Ω檔，用光照射光敏電阻時表針的偏角為θ， 現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)棣?′，則可判斷 （ ）A. θ ′= θB. θ ′θD. 不能確定θ和 θ

15、 的關(guān)系′,B,4.聲電傳感器,例8：（上海試題）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(dāng)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(yīng)工作的B 該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C 膜片振動時，穿過金屬線

16、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(yīng)電動勢,B,5.電容式傳感器,電容器的電容C決定于極板的正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素。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因素的變化，從而引起電容的變化，則通過測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。,圖甲是測量 的電容式傳感器，原理是

17、 。,角度θ,由于C∝S，動片與定片間的角度θ發(fā)生變化時，引起S的變化，通過測出C的變化，測量動片與定片間的夾角θ,圖乙是測量 的電容式傳感器，原理是

18、 。,液面高度h,由于C∝S，h發(fā)生變化，金屬芯線和導(dǎo)電液體組成的電容發(fā)生變化，通過測定C的變化，可以測量液面高度h 的變化。,圖丙是測量 的電容式傳感器，原理是 。,壓力F,由于C

19、∝1/d，壓力F 作用在可動電極上，引起極板間距d 的變化，通過測出C的變化，測量壓力F的變化。,圖丁是測量 的電容式傳感器，原理是

20、 。,位移x,由于C 隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長度發(fā)生變化，通過測出C的變化，測量位移x的變化。,例9：隨著生活質(zhì)量的提高，自動干手機(jī)已進(jìn)入家庭，洗手后，將濕手靠近自動干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因為 （

21、 ）A. 改變了濕度 B. 改變了溫度C. 改變了磁場 D. 改變了電容,D,6.電感傳感器,電感式傳感器是利用線圈的自感或互感的變化來實現(xiàn)測量或控制的一種裝置，一般要利用磁場作為媒介或利用磁體的某些現(xiàn)象。,實例：磁性物質(zhì)探測報警器,練習(xí)1、 用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個高溫報警器，要求是：正常情況綠燈亮，有險情時電鈴報警?？晒┻x擇的器材如下：熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴、學(xué)生用電源、繼電器、滑

22、動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。,熱敏電阻正常時電阻值大，ab間電流小，電磁繼電器磁性弱，銜鐵與上觸點接觸，綠燈泡亮。,③將學(xué)生用電源與電鈴分別接入c、d、之間。,解：,①將熱敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入繼電器的a、b端，如圖示：,②將學(xué)生用電源與綠燈泡分別接入c、e之間。,受熱時電阻值小，ab間電流大，電磁繼電器磁性強(qiáng)，銜鐵與下觸點接觸，電鈴響。,變式：提高靈敏度，應(yīng)該如何調(diào)節(jié)滑動變阻器？,練習(xí)2、 用如圖示的電磁

23、繼電器設(shè)計一個由光敏電阻來控制路燈的實驗電路。要求是：光暗時燈亮，光亮?xí)r燈滅。可供選擇的器材如下：光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。,光敏電阻天暗時電阻值大，ab間電流小，電磁繼電器磁性弱，銜鐵與觸點接觸，燈泡亮。,天亮?xí)r電阻值小，ab間電流大，電磁繼電器磁性強(qiáng)，銜鐵與觸點分離，燈泡滅。,解：,變式：想讓天更暗時燈才亮，應(yīng)該如何調(diào)節(jié)滑動變阻器？,,練習(xí)3、 將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個矩形的箱中，如圖所示

24、，在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器，箱可以沿豎直軌道運動。當(dāng)箱以a=2.0 m/s2的加速度豎直向上做勻減速運動時，上頂板的傳感器顯示的壓力為6.0N，下底板的傳感器顯示的壓力為10.0N。(取g=10 m/s2)(1)若上頂板傳感器的示數(shù)是下底板傳感器的示數(shù)的一半， 試判斷箱的運動情況。(2)要使上頂板傳感器的示數(shù)為零,箱沿豎直方向運動的情況可能是怎樣的？,（1）,（2）,解：,mg+6-10=ma 得m=0.5kg①,2