【创新设计】2021-2022学年高二物理人教版选修3-2学案：6.2 传感器的应用

发布时间：2024-01-28 04:01:35

第2讲传感器的应用[目标定位]1.了解传感器在日常生产、生活中的应用.2.理解传感器在电子秤、电熨斗、电饭锅中的应用.3.理解光传感器在鼠标器和火灾报警器中的应用．一、传感器应用的一般模式执行机构传感器→放大转换电路→显示器指针式电表、数字屏计算机系统二、力传感器的应用——电子秤1．组成：电子秤使用的测力装置是力传感器．常用的一种力传感器是由金属梁和应变片组成的．应变片是一种敏感元件，现在多用半导体材料制成．2．原理：如图1所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小．力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大．假如让应变片中通过的电流保持恒定，那么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．力F越大，输出的电压差值也就越大．图13．作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量．三、温度传感器的应用1．电熨斗(1构造(如图2所示图2它主要由调温旋钮、升降螺钉、绝缘支架、触点、双金属片、弹性铜片、电热丝、金属底板等几部分组成．(2敏感元件：双金属片．(3工作原理：温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而把握电路的通断．2．电饭锅(1构造(如图3所示图3(2敏感元件：感温铁氧体(3工作原理①居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103℃时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”．②自动断电原理：用手按下开关通电加热，开头煮饭，当锅内加热温度达到103_℃时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开．四、光传感器的应用——火灾报警器1．构造：带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透亮的挡板．2．工作原理：平常，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．一、传感器的工作原理分析分析传感器的工作原理要从以下几个方面进行：(1感受量分析：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信号间的变化规律．(3电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在生疏常用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．例1下列说法中不正确的是(A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声音信号B．电熨斗能够自动把握温度的缘由是它装有双金属片
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器D．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量解析话筒是声传感器，能将声音信号转换成电信号，故A错．答案A针对训练1为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯的把握电路相接．当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为________传感器，它输入的是________信号，经传感器转换后，输出的是________信号．答案声声音电二、常见传感器的应用实例1．与温度把握相关的家用电器：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、防火报警器等．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．4．农业生产中的传感器(1湿度传感器：推断农田的水分蒸发状况，自动供水或停水．(2温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测．由于有了格外先进牢靠的测试技术，有效地削减了霉变现象．5．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，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，以确保产品质量，提高效率和产量，节省原材料等．(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．例2关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是(A．应变片是由导体材料制成B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小C．传感器输出的是金属架上的电压D．外力越大，输出的电压差值也越大解析应变片多用半导体材料制成，应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小，故选项A错，B对；传感器输出的是应变片上、下两表面的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也增大，故C错，D对．答案BD针对训练2为了熬炼身体，小明利用所学物理学问设计了一个电子拉力计，如图4所示是原理图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计，弹簧劲度系数为100N/cm.定值电阻R0＝5Ω，ab是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25Ω，电源输出电压恒为U＝3V，抱负电流表的量程为0～0.6A．当拉环不受力时，滑片P处于a端．下列关于这个电路的说法正确的是(不计电源内阻(图4A．小明在电路中连入R0的目的是爱护电路B．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1AC．当拉力为400N时，电流表指针指在0.3A处D．当拉力为400N时，电流表指针指在0.5A处答案ABC解析若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路损坏电源，R0的存在使电路不消灭短路，因此A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由闭合电路欧姆定律得，I＝UR＝0.1A，故B正确；拉力为4000＋R1N时，由F＝kΔx，则Δx＝4cm，对应的电阻为RaP＝20Ω，R1接入电路的电阻RPb＝5Ω，由闭合电路欧姆定律得，I′＝UR＝0.3A，故D错，C正确．0＋RPb例3如图5是电饭锅的结构图，假如感温磁体的“居里温度”为103℃时，下列说法中正确的是(图5A．常温下感温磁体具有较强的磁性B．当温度超过103℃时，感温磁体的磁性较强C．饭熟后，水分被大米吸取，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会跳起D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不行能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起答案ACD力传感器的应用1．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图6甲所

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