高中物理64 傳感器的應(yīng)用和簡單設(shè)計a課件人教版選修3-2

1、傳感器應(yīng)用習(xí)題,江蘇省淮安中學(xué) 周衛(wèi)星,1、加速度計是測定物體加速度的儀器，現(xiàn)代科技中，它已成為導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，如圖所示為應(yīng)變式加速度計，當(dāng)系統(tǒng)加速時，加速度計中的滑塊也處于加速狀態(tài)，滑塊由兩根相同的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，滑塊下端滑動臂可在滑動變阻器上無摩擦水平滑動，當(dāng)系統(tǒng)加速時滑塊發(fā)生位移，并轉(zhuǎn)換成電信號輸出．已知滑塊的質(zhì)量為m，每根

2、彈簧的勁度系數(shù)為k，電源的電動勢為ε且內(nèi)阻不計，滑動變阻器的總阻值為R，且總電阻有效長度為L．靜態(tài)時，兩彈簧恰好為原長，滑動變阻器的滑動觸頭位于正中間，并且此時加速度計的輸出電壓為零．,（1）假定待測系統(tǒng)的加速度大小為a，方向向左，求敏感元件發(fā)生的位移？,(2)求用輸出信號的電壓U來表示待測系統(tǒng)加速度a的表達(dá)式？,總結(jié)：,1、傳感器作用之一：把非電學(xué)量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)化為電學(xué)量。所謂轉(zhuǎn)換規(guī)律就是建立起非電學(xué)量和電學(xué)量之間的關(guān)系。而

3、這種類型的題目正是求解了傳感器的轉(zhuǎn)換規(guī)律。（如熱敏電阻等）,2、特點：起點高，落點低。,3、求解思路：分析題義，尋求聯(lián)系。,其它情形一、,其它情形二、,1、如圖所示為應(yīng)變式加速度計，當(dāng)系統(tǒng)加速時，加速度計中的滑塊也處于加速狀態(tài)，滑塊由兩根相同的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，滑塊下端滑動臂可在滑動變阻器上無摩擦水平滑動，當(dāng)系統(tǒng)加速時滑塊發(fā)生位移，并轉(zhuǎn)換成電信號輸出．已知滑塊的質(zhì)量為m，每根彈簧的勁度系數(shù)為k，電源的電

4、動勢為ε且內(nèi)阻不計，滑動變阻器的總阻值為R，且總電阻有效長度為L．靜態(tài)時，兩彈簧恰好為原長，滑動變阻器的滑動觸頭位于正中間，并且此時加速度計的輸出電壓為零．,（1）假定待測系統(tǒng)的加速度大小為a，方向向左，求敏感元件發(fā)生的位移？,(2)求用輸出信號的電壓U來表示待測系統(tǒng)加速度a的表達(dá)式？,思考一、位移傳感器。,思考二、角速度儀。,位移傳感器,2、可測量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)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

5、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。已知A的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長度為L，電源的電動勢為E、內(nèi)阻不計。滑動變阻器總長也為L，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時P在B點，當(dāng)系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動時，試寫出輸出電壓ω與 U的函數(shù)式。,3、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，

6、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)），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I1，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？,4、用傳感器進(jìn)行自動控

7、制時，常常要用到繼電器.如圖所示為初中學(xué)過的繼電器原理示意圖.其中L是電磁鐵，當(dāng)ab間接通電源后，銜鐵S被吸引向下，這樣，ce由原來閉合接通的狀態(tài)變?yōu)閿嚅_，而cd則由原來斷開的狀態(tài)變?yōu)殚]合接通.通常將傳感器、低壓電源接入與電磁鐵L相連的ab回路來執(zhí)行對繼電器的控制，而cde回路則用來執(zhí)行對有關(guān)電器的控制，試設(shè)計一個用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燈熄.可供選擇的儀器如下：光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、繼電器、滑動

8、變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線.,總結(jié)：,1、傳感器的作用之二：或把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷。而這些簡單的電路設(shè)計基本上就是為電路提供能夠控制通斷的開關(guān)。（如電熨斗等）,2、特點：探究性強(qiáng)，能力要求相對較高。,3、解題思路：明確目的，分清控制電路和工作電路，分析原理，解答。,5、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、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。