傳感器的應(yīng)用

1、第三節(jié)傳感器的應(yīng)用學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.列舉傳感器在日常生活中的應(yīng)用2列舉傳感器在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用3了解傳感器在航空航天事業(yè)中的應(yīng)用4理解常用傳感器的工作原理，會(huì)分析常見傳感器問(wèn)題(重點(diǎn)、難點(diǎn))自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知知識(shí)梳理一、生活中的傳感器1溫度傳感器的應(yīng)用電飯煲、電冰箱、微波爐、空調(diào)機(jī)、消毒碗柜等與溫度相關(guān)的家用電器2紅外線控制器的應(yīng)用自動(dòng)門、家電遙控器、生命探測(cè)儀、非接觸紅外測(cè)溫儀以及防盜、防火報(bào)警器等3光敏傳感器的應(yīng)用：照相機(jī)中4壓力傳感器的應(yīng)用：電子秤中二、傳感器在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和航天中的應(yīng)用1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器無(wú)人管理的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)利用了濕度傳感器；

2、自動(dòng)化溫室種植中，溫室的自動(dòng)控溫就是在溫度傳感器的幫助下實(shí)現(xiàn)的；現(xiàn)代糧庫(kù)采用了溫度傳感器和濕度傳感器2工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器生產(chǎn)安全中，如將一種埋入式光纖傳感器安置在大橋或水壩中，隨時(shí)可以監(jiān)控大橋和水壩的裂痕等安全隱患；在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，如數(shù)控機(jī)床中的位移測(cè)量裝置就是利用高精度位移傳感器(如光柵傳感器)對(duì)位移測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)精密加工3飛向太空的傳感器飛機(jī)保持一定飛行高度，當(dāng)飛機(jī)高度變化時(shí)，大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)自動(dòng)發(fā)出與給定高度的差值信號(hào)，并通過(guò)自動(dòng)駕駛儀操縱升降舵，使飛機(jī)恢復(fù)給定高度；在運(yùn)載火箭、載人飛船中，應(yīng)用了傳感器供遙測(cè)和遙控系統(tǒng)使用；對(duì)宇航員的各種生理狀態(tài)的測(cè)量有生理傳感器，如測(cè)量血壓、心電圖、體

3、溫等基礎(chǔ)自測(cè)1思考判斷(1)洗衣機(jī)的自動(dòng)控制裝置利用了壓力傳感器()(2)自動(dòng)門利用了紅外線傳感器()(3)指紋識(shí)別器是利用壓力傳感器(×)(4)無(wú)人管理的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，用到了溫度傳感器(×)(5)位移測(cè)量裝置用到了位移傳感器()(6)路燈自動(dòng)控制電路中的敏感元件是光敏電阻()【提示】(3)指紋識(shí)別器一般利用電容式或光學(xué)傳感器(4)用到了濕度傳感器2電子秤使用的傳感器是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：97752166】A超聲波傳感器B溫度傳感器C壓力傳感器D紅外線傳感器C電子秤通過(guò)感知物體對(duì)它的壓力，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并由儀表顯示，來(lái)測(cè)量物體質(zhì)量，所以它感知的是壓力，使用了壓力傳感器，故C

4、選項(xiàng)正確3類人型機(jī)器人裝有作為眼睛的“傳感器”，猶如大腦的“控制器”，以及可以行走的“執(zhí)行器”，在它碰到障礙物前會(huì)自動(dòng)避讓并及時(shí)轉(zhuǎn)彎下列有關(guān)該機(jī)器人“眼睛”的說(shuō)法中正確的是()A是力傳感器 B是光傳感器C是溫度傳感器D是聲音傳感器B遇到障礙物會(huì)繞開，說(shuō)明它是光傳感器，B對(duì)，A、C、D錯(cuò)合 作 探 究·攻 重 難傳感器的應(yīng)用及工作原理分析1常見壓力傳感器的敏感元件是金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體力敏電阻2半導(dǎo)體力敏電阻的阻值隨壓力的增大而減小，常將力敏電阻與電流計(jì)串聯(lián)起來(lái)，壓力變化，力敏電阻變化，電流變化，把力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量3分析傳感器問(wèn)題要注意的幾個(gè)問(wèn)題(1)檢測(cè)量分析：要明確傳感器所檢測(cè)的量

5、，如力、熱、光、磁、聲等(2)敏感元件分析：明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號(hào)及輸出信號(hào)，以及輸入信號(hào)與輸出信號(hào)間的變化規(guī)律(3)電路結(jié)構(gòu)分析：認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的規(guī)律加速度計(jì)是測(cè)定物體加速度的儀器在現(xiàn)代科技中，它已成為導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇或宇宙飛船等制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源圖3­3­1為應(yīng)變式加速度計(jì)的示意圖當(dāng)系統(tǒng)加速時(shí)，加速計(jì)中的敏感元件也處于加速狀態(tài)敏感元件由兩彈簧連接并架在光滑支架上，支架與待測(cè)系統(tǒng)固定在一起，敏感元件的下端可在滑動(dòng)變阻器R上自由滑動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，敏感元件發(fā)生位移并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)

6、輸出圖3­3­1已知敏感元件的質(zhì)量為m，兩側(cè)彈簧的勁度系數(shù)均為k，電源電動(dòng)勢(shì)為E，電源內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的總電阻值為R，有效長(zhǎng)度為l，靜態(tài)時(shí)輸出電壓為U0，試推導(dǎo)加速度a與輸出電壓U的關(guān)系式【解析】設(shè)靜態(tài)時(shí)滑動(dòng)變阻器的滑片距左端為x，則敏感元件的輸出電壓為U0·xx再設(shè)系統(tǒng)向左加速時(shí)滑片右移x，則敏感元件的動(dòng)力學(xué)方程為2kxma此時(shí)敏感元件的輸出電壓為U·(xx)(xx)聯(lián)立三式可得a若U>U0，系統(tǒng)的加速度方向水平向左；若U<U0，系統(tǒng)的加速度方向水平向右【答案】a力學(xué)傳感器的分析方法(1)分析清楚力學(xué)傳感器的工作原理，明確裝置是如何將力

7、這個(gè)非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量是解決該類問(wèn)題的關(guān)鍵(2)涉及電路計(jì)算時(shí)，注意歐姆定律及分壓原理的應(yīng)用針對(duì)訓(xùn)練1. (多選)為了鍛煉身體，小明利用所學(xué)物理知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)電子拉力計(jì)，如圖3­3­2所示是原理圖輕質(zhì)彈簧右端和金屬滑片P固定在一起(彈簧的電阻不計(jì)，P與R1間的摩擦不計(jì))，彈簧勁度系數(shù)為100 N/cm.定值電阻R05 ，ab是一根長(zhǎng)為5 cm的均勻電阻絲，阻值R125 ，電源輸出電壓恒為U3 V，理想電流表的量程為00.6 A當(dāng)拉環(huán)不受力時(shí)，滑片P處于a端下列關(guān)于這個(gè)電路的說(shuō)法正確的是(不計(jì)電源內(nèi)阻)() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：97752167】圖3­3­2A小明

8、在電路中連入R0的目的是保護(hù)電路B當(dāng)拉環(huán)不受力時(shí)，閉合開關(guān)后電流表的讀數(shù)為0.1 AC當(dāng)拉力為400 N時(shí)，電流表指針指在0.3 A處D當(dāng)拉力為400 N時(shí)，電流表指針指在0.5 A處ABC若電路無(wú)電阻R0，且金屬滑片P在b端時(shí)，回路短路損壞電源，R0的存在使電路不出現(xiàn)短路，因此A正確；當(dāng)拉環(huán)不受力時(shí)，滑片P在a端，由閉合電路歐姆定律得，I0.1 A，故B正確；拉力為400 N時(shí)，由Fkx，則x4 cm，對(duì)應(yīng)的電阻為RaP20 ，R1接入電路的電阻RPb5 ，由閉合電路歐姆定律得，I0.3 A，故D錯(cuò)，C正確傳感器的應(yīng)用實(shí)例分析分析傳感器應(yīng)注意的四個(gè)分析：(1)檢測(cè)量分析：要清楚傳感器所檢測(cè)的

9、非電學(xué)量，如溫度、光、聲、力等(2)敏感元件分析：分析敏感元件的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)，及輸入信號(hào)與輸出信號(hào)間的聯(lián)系(3)電路分析：分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，分析輸入信號(hào)變化對(duì)電路電流、電壓等產(chǎn)生的影響(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析：分析非電學(xué)量與電學(xué)量之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程，分析根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過(guò)程如圖3­3­3甲所示為在溫度為10 左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡(jiǎn)圖，箱內(nèi)的電阻R120 k、R210 k、R340 k，RT為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示，a、b端電壓Uab0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度升高；當(dāng)a、b端電

10、壓Uab>0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S斷開，停止加熱，則恒溫箱內(nèi)的溫度可保持在()甲乙圖3­3­3A10 B20 C30 D45 C由題可知Uab0是一個(gè)電壓的臨界點(diǎn)，對(duì)應(yīng)著開關(guān)S的動(dòng)作，而開關(guān)的動(dòng)作對(duì)應(yīng)著溫度的上升或下降由電路圖可知，在R1、R2、R3給定的條件下，熱敏電阻RT的阻值決定了Uab的正負(fù)設(shè)電源負(fù)極的電勢(shì)為零，則aU，bU，其中U為電源的路端電壓，令ab，即Uab0，則可得，代入數(shù)據(jù)得RT20 k，查表得對(duì)應(yīng)的溫度為30 ，C正確本題利用熱敏電阻為傳感器，將溫度變化的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，結(jié)合電子線路來(lái)控制加熱電路.正確的電路分析、計(jì)算及看懂熱敏電阻的電阻值隨

11、溫度變化的曲線，是解決本類習(xí)題的關(guān)鍵.針對(duì)訓(xùn)練2.如圖3­3­4所示是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)溫控開關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)(103 )時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開S2是一個(gè)自動(dòng)溫控開關(guān)，當(dāng)溫度低于70 時(shí)，會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于80 時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開紅燈是加熱時(shí)的指示燈，黃燈是保溫時(shí)的指示燈分流電阻R1R2500 ，加熱電阻絲R350 ，兩燈的電阻不計(jì)圖3­3­4(1)分析電飯煲的工作原理；(2)計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比；(3)簡(jiǎn)要回答，如果不閉合開關(guān)S1能將飯煮熟嗎？【解析】(1)接上電源，S2自動(dòng)閉合，同時(shí)手動(dòng)閉合S1，這時(shí)黃

12、燈短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)加熱到80 時(shí)，S2自動(dòng)斷開，S1仍閉合；飯煮熟后，溫度升高到103 時(shí)，S1自動(dòng)斷開，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于散熱，待溫度降至70 時(shí)，S2自動(dòng)閉合，電飯煲重新加熱，溫度達(dá)到80 時(shí)，S2又自動(dòng)斷開，再次處于保溫狀態(tài)，如此循環(huán)(2)加熱時(shí)電飯煲消耗的電功率P1，保溫時(shí)電飯煲消耗的電功率P2，兩式中R并 ，故.(3)如果不閉合S1，開始時(shí)S2是閉合的，R1被短路，功率為P1；當(dāng)溫度上升到80 時(shí)，S2自動(dòng)斷開，功率降為P2；溫度降低到70 ，S2自動(dòng)閉合溫度只能在7080 之間變化，不能將飯煮熟【答案】見解析當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1下列器

13、件不是應(yīng)用溫度傳感器的是()A電熨斗 B話筒C電飯鍋D測(cè)溫儀B電熨斗、電飯鍋和測(cè)溫儀都是把非電學(xué)量溫度轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，都要使用溫度傳感器話筒把非電學(xué)量聲音轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，沒有使用溫度傳感器2洗衣機(jī)中的水位控制裝置使用的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：97752168】A光傳感器 B壓力傳感器C濕度傳感器D溫度傳感器B當(dāng)洗衣機(jī)內(nèi)水位升高時(shí)，傳感器的膜片受到的壓力變大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水電磁閥門3.如圖3­3­5所示是一個(gè)測(cè)定液面高度的傳感器，在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放在導(dǎo)電液中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容器的兩極把這兩極接入外電路，當(dāng)外電路中的電流變化顯示電容值增大時(shí)，則導(dǎo)電液的深度h變化為()圖3­3­5Ah增大 Bh減小 Ch不變 D無(wú)法確定A由題意知，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容器的兩極，類似于平行板電容器的兩極當(dāng)液面高度發(fā)生變化時(shí)相當(dāng)于兩極正對(duì)面積發(fā)生變化，會(huì)引起電容的變化與平行板電容器類比可得，導(dǎo)電液體深度h增大時(shí)，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液正對(duì)面積增大，電容器的電容值變大4.某儀器內(nèi)部電路如圖3­3­6所示，其中M是一個(gè)質(zhì)量較大的金屬塊，左、右兩端分別與金屬絲制作的彈簧