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1、高中通用技术传感器的高中通用技术传感器的应用教学课件应用教学课件第1页，本讲稿共42页 一般情况下传感器产生的电压（流）等一般情况下传感器产生的电压（流）等电学物理量的信号值都相当微弱的，难以带电学物理量的信号值都相当微弱的，难以带动执行机构去实现控制动作，所以一般都是动执行机构去实现控制动作，所以一般都是将传感器和各种门电路、放大电路等结合在将传感器和各种门电路、放大电路等结合在一起使用的。一起使用的。第2页，本讲稿共42页传感器应用的一般模式第3页，本讲稿共42页一、力传感器的应用一、力传感器的应用1 1 电子秤电子秤第4页，本讲稿共42页（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组
2、成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？第5页，本讲稿共42页应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量（输应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量（输应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量（输应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量（输出应变片上下表面的电压差值）出应变片上下表面的电压差值）出应变片上下表面的电压差值）出应变片上下表面的电压差值）形变形变形变形变（力学量）（力学量）（力学量）（力学量）电电电电 压压压压（电学量）（电学量）（电学量）（电学量）转换转换转换转换金属梁第6页，本讲稿共42页1.关于电
3、子秤中应变式力传感器的说法正确关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是的是（）A.应变片多用半导体材料制成应变片多用半导体材料制成B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小反之，变小C.传感器输出的是应变片上的电压传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大，输出的电压差值也越大外力越大，输出的电压差值也越大A B DA B D第7页，本讲稿共42页 2 2 2 2：（2003200320032003上上上上海海海海考考考考题题题题）演演演演示示示示位位位位移移移移传传传传感感感感器器器器的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理如如如如右右右右图图图图示示示
4、示，物物物物体体体体MMMM在在在在导导导导轨轨轨轨上上上上平平平平移移移移时时时时，带带带带动动动动滑滑滑滑动动动动变变变变阻阻阻阻器器器器的的的的金金金金属属属属滑滑滑滑杆杆杆杆p p p p，通通通通过过过过电电电电压压压压表表表表显显显显示示示示的的的的数数数数据据据据，来来来来反反反反映映映映物物物物体体体体位位位位移移移移的的的的大大大大小小小小x x x x。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是假设电压表是理想的，则下列说法正确的是假设电压表是理想的，则下列说法正确的是假设电压表是理想的，则下列说法正确的是 ()()()()A.A.A.A.物体物体物体物体MMMM运动时，电源内
5、的电流会发生变化运动时，电源内的电流会发生变化运动时，电源内的电流会发生变化运动时，电源内的电流会发生变化B.B.B.B.物体物体物体物体MMMM运动时，电压表的示数会发生变化运动时，电压表的示数会发生变化运动时，电压表的示数会发生变化运动时，电压表的示数会发生变化C.C.C.C.物体物体物体物体MMMM不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流D.D.D.D.物体物体物体物体MMMM不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数B第8页，本讲稿共42页第9页，本讲稿共42页第10页，本讲稿共42页1 1、
6、动圈式话筒、动圈式话筒、动圈式话筒、动圈式话筒：膜膜膜膜片片片片在在在在声声声声波波波波下下下下振振振振动动动动，使使使使得得得得与与与与膜膜膜膜片片片片相相相相连连连连的的的的线线线线圈圈圈圈中中中中产产产产生生生生周周周周期期期期性性性性变变变变化的感应电流。化的感应电流。化的感应电流。化的感应电流。二、声传感器的应用话筒2 2、电容式话筒、电容式话筒、电容式话筒、电容式话筒：金金金金属属属属膜膜膜膜片片片片MM 和和和和固固固固定定定定电电电电极极极极 N N 形形形形成成成成一一一一 个个个个电电电电容容容容器器器器,MM 在在在在声声声声波波波波作作作作用用用用下下下下振振振振动动动
7、动,电电电电容容容容器器器器的的的的电电电电容容容容作作作作周周周周期期期期性性性性变变变变化化化化，电电电电阻阻阻阻R R 两两两两端端端端的的的的电电电电压压压压也也也也做相应的周期性变化。做相应的周期性变化。做相应的周期性变化。做相应的周期性变化。绝缘支架绝缘支架绝缘支架绝缘支架第11页，本讲稿共42页例题：（例题：（例题：（例题：（2003200320032003上海试题）唱卡拉上海试题）唱卡拉上海试题）唱卡拉上海试题）唱卡拉OKOKOKOK用的话筒，内有传感用的话筒，内有传感用的话筒，内有传感用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片器。其中有一种是动圈式的
8、，它的工作原理是在弹性膜片器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是下列说法正确的是下列说法正确的是下列说法正确的是
9、()()()()A A A A 该传感器是根据电流的磁效应工作的该传感器是根据电流的磁效应工作的该传感器是根据电流的磁效应工作的该传感器是根据电流的磁效应工作的B B B B 该传感器是根据电磁感应原理工作的该传感器是根据电磁感应原理工作的该传感器是根据电磁感应原理工作的该传感器是根据电磁感应原理工作的C C C C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D D D D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
10、膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B B第12页，本讲稿共42页金属金属板板金属金属膜膜振振动动膜膜外外电电路路图图5 5例题：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传例题：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传例题：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传例题：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成
11、电容器米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压的两极，在两极间加一电压的两极，在两极间加一电压的两极，在两极间加一电压U U U U，人对着话筒说话时，振动膜，人对着话筒说话时，振动膜，人对着话筒说话时，振动膜，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被
12、话筒转化为电信号，其中它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的（导致电容变化的原因可能是容器两板间的（导致电容变化的原因可能是容器两板间的（导致电容变化的原因可能是容器两板间的（）（A A A A）距离变化）距离变化）距离变化）距离变化 （B B B B）正对面积变化）正对面积变化）正对面积变化）正对面积变化（CCCC）介质变化）介质变化）介质变化）介质变化 （D D D D）电压变化）电压变化）电压变化）电压变化A A第13页，本讲稿共42页3、驻极体话
13、筒、驻极体话筒：它它它它由由由由内内内内部部部部的的的的驻驻驻驻极极极极体体体体塑塑塑塑料料料料膜膜膜膜感感感感受受受受声声声声波波波波，其其其其工工工工作作作作原原原原理理理理与与与与电电电电容容容容式话筒类似，但是工作的电压只须式话筒类似，但是工作的电压只须式话筒类似，但是工作的电压只须式话筒类似，但是工作的电压只须 3 36 V6 V，特特特特点点点点：体体体体积积积积小小小小，重重重重量量量量轻轻轻轻，价价价价格格格格便便便便宜宜宜宜，灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度高高高高，常常常常用在盒式录音机、声控玩具等便宜的家电上用在盒式录音机、声控玩具等便宜的家电上用在盒式录音机、声控玩具等便宜的家
14、电上用在盒式录音机、声控玩具等便宜的家电上第14页，本讲稿共42页常常常常温温温温下下下下两两两两触触触触点点点点分分分分离离离离。温温温温度度度度升升升升高高高高，两两两两种种种种金金金金属属属属膨膨膨膨胀胀胀胀性性性性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。三、温度传感器的应用1.电熨斗双金属片温度传感器双金属片温度传感器双金属片温度传感器双金属片温度传感器：第15页，本讲稿共42页电烫斗的构造电烫斗的构造思考与讨论：思考与讨论：常温下两触点是接触还是分离？常温下
15、两触点是接触还是分离？如如何何用用调调温温旋旋钮钮来来升升高高或或降降低低电电烫烫斗斗的的工工作作温温度？度？第16页，本讲稿共42页练习、练习、如图所示是一种热敏电阻（如图所示是一种热敏电阻（PTCPTC元件）的电阻元件）的电阻R R随随温度温度t t变化的关系图线，这种元件具有发热、控温双重功能常变化的关系图线，这种元件具有发热、控温双重功能常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来加温并控制温度如果将见的电热灭蚊器中就使用这种元件来加温并控制温度如果将该元件接到该元件接到220V220V恒定电压下，则恒定电压下，则A A通电后，其电功率先增大后减小通电后，其电功率先增大后减小B B通电后，通电后
16、，其电功率先减小后增大其电功率先减小后增大C C当其发热功率等于散热功率时，温度保持在当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t t1 1不变不变D D当其发热功率等于散热功率时，温度保持在当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t t1 1 到到t t2 2之之间的某一值不变间的某一值不变t/Rt2t1AD第17页，本讲稿共42页M2.冰箱温度控制器(问题与练习1)4 4、弹簧片、弹簧片1 1、测温泡、测温泡2 2、细管、细管3 3、弹性金属盒、弹性金属盒5 5、动触点、动触点6 6、静触点、静触点7 7、拉杆、拉杆8 8、凸轮、凸轮 9 9、连杆、连杆思考与讨论：思考与讨论：思考与讨论：思考与
17、讨论：1 1、为什么温度较高时压缩机自动工作，达到设定低温后就自、为什么温度较高时压缩机自动工作，达到设定低温后就自、为什么温度较高时压缩机自动工作，达到设定低温后就自、为什么温度较高时压缩机自动工作，达到设定低温后就自动停止工作？动停止工作？动停止工作？动停止工作？2 2、凸轮为什么可以改变设定的温度？、凸轮为什么可以改变设定的温度？、凸轮为什么可以改变设定的温度？、凸轮为什么可以改变设定的温度？氯甲烷及它的蒸气氯甲烷及它的蒸气第18页，本讲稿共42页3、恒温箱温控器(问题与练习3)思考与讨论：思考与讨论：思考与讨论：思考与讨论：1 1、应该把恒温箱中的加热器接在、应该把恒温箱中的加热器接在
18、、应该把恒温箱中的加热器接在、应该把恒温箱中的加热器接在 A A、B B 还是还是还是还是 C C、D D 之间呢？之间呢？之间呢？之间呢？2 2、要使箱内温度保持、要使箱内温度保持、要使箱内温度保持、要使箱内温度保持100100，可变电阻，可变电阻，可变电阻，可变电阻RR值应调节多值应调节多值应调节多值应调节多大？大？大？大？第19页，本讲稿共42页感温铁氧体的感温铁氧体的“居里点居里点”：感感温温铁铁氧氧体体在在常常温温下下具具有有铁铁磁磁性性，但但温温度度升升高高到到103时时便便失失去去了了铁铁磁磁性性，这这个个温温度度称称为为这这种种材材料料的的“居居里里温温度度”或或“居居里里点点
19、”。4.电饭锅电饭锅电饭锅的构造电饭锅的构造电饭锅的构造电饭锅的构造思考与讨论：思考与讨论：思考与讨论：思考与讨论：开开开开始始始始做做做做饭饭饭饭时时时时为为为为什什什什么么么么要要要要压压压压下下下下开关按钮？开关按钮？开关按钮？开关按钮？若若若若用用用用电电电电饭饭饭饭锅锅锅锅烧烧烧烧水水水水，水水水水在在在在沸沸沸沸腾腾腾腾以后是否会自动断电？以后是否会自动断电？以后是否会自动断电？以后是否会自动断电？第20页，本讲稿共42页5、测温仪、测温仪用用温温度度传传感感器器可可以以把把温温度度转转换换为为电电信信号号。测测温温元元件件可可以以是是热热敏敏电电阻阻、金金属属热热电电阻阻、热热电
20、电偶、红外线敏感元件等。偶、红外线敏感元件等。电电信信号号可可以以远远距距离离输输送送，因因而而温温度度传传感感器器可以远距离读取温度。可以远距离读取温度。第21页，本讲稿共42页热电偶：将两种不同材料的导体或半导体热电偶：将两种不同材料的导体或半导体A和和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和和B的两个焊接点的两个焊接点1和和2之间存在温差时，两之间存在温差时，两者之间便产生电动势者之间便产生电动势,因而在回路中形成一因而在回路中形成一定大小的电流定大小的电流,这种现象称为热电效应。热这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。电偶就是利用这一效
21、应来工作的。第22页，本讲稿共42页将将微微机机辅辅助助实实验验系系统统所所配配的的温温度度传传感感器器与与计计算算机机连连接接，可可以以实实现现数数据据采采集集、处处理、画图的智能化功能。理、画图的智能化功能。第23页，本讲稿共42页四、光传感器的应用四、光传感器的应用1.鼠标器鼠标器鼠鼠鼠鼠标标标标中中中中的的的的红红红红外外外外接接接接收收收收管管管管就就就就是是是是光光光光传传传传感感感感器器器器。鼠鼠鼠鼠标标标标移移移移动动动动时时时时，滚滚滚滚球球球球带带带带动动动动 x x、y y 方方方方向向向向两两两两个个个个码码码码盘盘盘盘转转转转动动动动，红红红红外外外外管管管管接接接接
22、收收收收到到到到一一一一个个个个个个个个红红红红外外外外线线线线脉脉脉脉冲冲冲冲。计计计计算算算算机机机机分分分分别别别别统统统统计计计计 x x、y y 两两两两个个个个方方方方向向向向上上上上的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲信信信信号，就能确定鼠标的位置。号，就能确定鼠标的位置。号，就能确定鼠标的位置。号，就能确定鼠标的位置。第24页，本讲稿共42页2.2.火灾报警器火灾报警器火灾报警器火灾报警器光光光光电电电电三三三三极极极极管管管管是是是是烟烟烟烟雾雾雾雾火火火火警警警警报报报报警警警警器器器器中中中中的的的的光光光光传传传传感感感感器器器器。平平平平时时时时，发发发发光光光光二二二二极极极极
23、管管管管发发发发出出出出的的的的光光光光被被被被不不不不透透透透明明明明挡挡挡挡板板板板挡挡挡挡住住住住。当当当当有有有有烟烟烟烟雾雾雾雾时时时时，烟烟烟烟雾雾雾雾对对对对光光光光有有有有散散散散射射射射作作作作用用用用，光光光光电电电电三三三三极极极极管管管管接接接接收收收收到到到到散散散散射射射射光光光光，电电电电阻阻阻阻变变变变小小小小，使使使使报报报报警警警警电路工作。电路工作。电路工作。电路工作。第25页，本讲稿共42页小小 结结1 1、温度温度传感器传感器 的应用的应用（1 1）电饭锅电饭锅（2 2）测温仪测温仪2 2、光光传感器传感器 的应用的应用（1 1）鼠标器鼠标器（2 2）
24、火灾报警器火灾报警器第26页，本讲稿共42页温度传感器的应用【例例例例1 1 1 1】如图甲为在温度为如图甲为在温度为如图甲为在温度为如图甲为在温度为10101010左右的环境中工作的某自左右的环境中工作的某自左右的环境中工作的某自左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻动恒温箱原理简图，箱内的电阻动恒温箱原理简图，箱内的电阻动恒温箱原理简图，箱内的电阻R R R R1 1 1 1=20 k20 k20 k20 k，R R R R2 2 2 2=10 10 10 10 kkkk，R R R R3 3 3 3=40 k40 k40 k40 k，R R R Rt t t t为热敏电阻，它
25、的电阻随温度变为热敏电阻，它的电阻随温度变为热敏电阻，它的电阻随温度变为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示当化的图线如图乙所示当化的图线如图乙所示当化的图线如图乙所示当 a a a a、b b b b端电压端电压端电压端电压 U U U Uabababab0000000时，电压鉴别器使时，电压鉴别器使时，电压鉴别器使时，电压鉴别器使 S S S S断开，停断开，停断开，停断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在止加热，恒温箱内的温度恒定在止加热，恒温箱内的温度恒定在止加热，恒温箱内的温度恒定在_ 35第27页，本讲稿共42页解：设电路两端电压为为解：设电路两端电压为为U U，当，当U U
26、abab=0=0时，时，有有解得解得R Rt t=20 k20 k由图乙可知，当由图乙可知，当R Rt t=20 k20 k时，时，t=t=3535第28页，本讲稿共42页0303年上海高考年上海高考1818、图图1 1为为某某一一热热敏敏电电阻阻R(R(电电阻阻值值随随温温度度的的改改变变而而改改变变，且对温度很敏感且对温度很敏感)的的I I-U U关系曲线图。关系曲线图。为为了了通通过过测测量量得得到到图图1 1所所示示I I-U U关关系系的的完完整整曲曲线线，在在图图2 2和和图图3 3两两个个电电路中应选择的是图路中应选择的是图 ；简要说明理由：；简要说明理由：。（电电源源电电动动势
27、势为为9V9V，内内阻不计，滑线变阻器的阻值为阻不计，滑线变阻器的阻值为0-1000-100）在在图图4 4电电路路中中，电电源源电电压压恒恒为为9V9V，理理想想电电流流表表读读数数为为70mA70mA，定定值值电电阻阻R R1 1=250=250。由由热热敏敏电电阻阻的的I I-U U关关系系曲曲线线可可知知，热热敏敏电电阻阻两两端端的的电电压压为为_V_V；电阻；电阻R R2 2的阻值为的阻值为 。举出一个可以应用热敏电阻的例子：举出一个可以应用热敏电阻的例子：_。2电压可从电压可从0V0V调到所需电压，调节范围较大调到所需电压，调节范围较大 解解:I1=9/250=0.036A=36m
28、A I2=34mA 由图由图1得得 UR=5.2V 5.2 R2=(9-5.2)/0.034=111.8 111.6112.0 热敏温度计热敏温度计 VA图图2VA图图3I/mAU/V1 2 3 4 5 6 7500图图110203040AR1R2热热敏敏电电阻阻图图4R9V第29页，本讲稿共42页光传感器的应用【例例例例2 2 2 2】如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图。速和行程的装置示意图。速和行程的装置示意图。速和行程的装置示意图。A A A
29、A为光源，为光源，为光源，为光源，B B B B为光电接收器，为光电接收器，为光电接收器，为光电接收器，A A A A、B B B B均固定在车身上，均固定在车身上，均固定在车身上，均固定在车身上，C C C C为小车的车轮，为小车的车轮，为小车的车轮，为小车的车轮，D D D D为与为与为与为与C C C C同轴相同轴相同轴相同轴相连的齿轮。车轮转动时，连的齿轮。车轮转动时，连的齿轮。车轮转动时，连的齿轮。车轮转动时，A A A A发出的光束通过旋转齿轮发出的光束通过旋转齿轮发出的光束通过旋转齿轮发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被上齿的间隙后变成脉冲光信号，被上齿的间隙后变
30、成脉冲光信号，被上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B B B B接收并转换成电信接收并转换成电信接收并转换成电信接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内脉号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内脉号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内脉号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内脉冲数为冲数为冲数为冲数为n n n n，累计脉冲数为，累计脉冲数为，累计脉冲数为，累计脉冲数为NNNN，则要测出小车的速度和行，则要测出小车的速度和行，则要测出小车的速度和行，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量和数据是程还必须测量的物理量和数据是程还必须测量的物理量和数据是程
31、还必须测量的物理量和数据是 ，小车，小车，小车，小车速度的表达式为速度的表达式为速度的表达式为速度的表达式为v v v v=；行程的表达式为；行程的表达式为；行程的表达式为；行程的表达式为=。车轮的半径车轮的半径R R和齿轮和齿轮P P第30页，本讲稿共42页 光束原来是连续的，是转动的齿轮使光束变为脉光束原来是连续的，是转动的齿轮使光束变为脉光束原来是连续的，是转动的齿轮使光束变为脉光束原来是连续的，是转动的齿轮使光束变为脉冲，因此脉冲情况必定与齿轮（或车轮）的转动有关，冲，因此脉冲情况必定与齿轮（或车轮）的转动有关，冲，因此脉冲情况必定与齿轮（或车轮）的转动有关，冲，因此脉冲情况必定与齿轮
32、（或车轮）的转动有关，也就与速度和行程有关。也就与速度和行程有关。也就与速度和行程有关。也就与速度和行程有关。根据速度的意义和车正常行驶的情况，应有根据速度的意义和车正常行驶的情况，应有根据速度的意义和车正常行驶的情况，应有根据速度的意义和车正常行驶的情况，应有v=2R v=2R v=2R v=2R f f f f，其中，其中，其中，其中R R R R为车轮的半径，为车轮的半径，为车轮的半径，为车轮的半径，f f f f为单位时间内车轮转过的圈为单位时间内车轮转过的圈为单位时间内车轮转过的圈为单位时间内车轮转过的圈数；若车轮的齿数为数；若车轮的齿数为数；若车轮的齿数为数；若车轮的齿数为P P
33、P P，则转一圈应有，则转一圈应有，则转一圈应有，则转一圈应有P P P P个脉冲被个脉冲被个脉冲被个脉冲被B B B B接收接收接收接收到，因此有到，因此有到，因此有到，因此有 代入上式，有代入上式，有代入上式，有代入上式，有 同样，根据行程的意义，应有，其中同样，根据行程的意义，应有，其中同样，根据行程的意义，应有，其中同样，根据行程的意义，应有，其中f f f f为整个行程中车轮为整个行程中车轮为整个行程中车轮为整个行程中车轮转过的圈数；而转过的圈数；而转过的圈数；而转过的圈数；而 ，所以，所以，所以，所以 可见，还必须测量的物理量和数据是车轮的半径可见，还必须测量的物理量和数据是车轮的
34、半径可见，还必须测量的物理量和数据是车轮的半径可见，还必须测量的物理量和数据是车轮的半径R R R R和和和和齿轮齿数齿轮齿数齿轮齿数齿轮齿数P P P P，速度和行程的表达式如上面两式所示。，速度和行程的表达式如上面两式所示。，速度和行程的表达式如上面两式所示。，速度和行程的表达式如上面两式所示。第31页，本讲稿共42页3.3.3.3.如如如如图图图图所示所示所示所示为为为为光敏光敏光敏光敏电电电电阻自阻自阻自阻自动计动计动计动计数器的示意数器的示意数器的示意数器的示意图图图图，其中，其中，其中，其中A A A A是是是是发发发发光光光光仪仪仪仪器，器，器，器，B B B B是是是是传传传传
35、送送送送带带带带上物品，上物品，上物品，上物品，R R R R1 1 1 1为为为为光敏光敏光敏光敏电电电电阻，阻，阻，阻，R R R R2 2 2 2为为为为定定定定值电值电值电值电阻，此光阻，此光阻，此光阻，此光电电电电计计计计数器的基本工作原理是（数器的基本工作原理是（数器的基本工作原理是（数器的基本工作原理是（）（A A A A）当有光照射）当有光照射）当有光照射）当有光照射R R R R1 1 1 1时时时时，信号，信号，信号，信号处处处处理系理系理系理系统获统获统获统获得高得高得高得高电压电压电压电压（B B B B）当有光照射）当有光照射）当有光照射）当有光照射R R R R1
36、1 1 1时时时时，信号，信号，信号，信号处处处处理系理系理系理系统获统获统获统获得低得低得低得低电压电压电压电压（C C C C）信号）信号）信号）信号处处处处理系理系理系理系统统统统每每每每获获获获得一次低得一次低得一次低得一次低电压电压电压电压就就就就记记记记数一次数一次数一次数一次（D D D D）信号）信号）信号）信号处处处处理系理系理系理系统统统统每每每每获获获获得一次高得一次高得一次高得一次高电压电压电压电压就就就就记记记记数一次数一次数一次数一次B D R R2 2A AR R1 1信信信信号号号号处处处处理理理理系统系统系统系统 图图图图3 3B第32页，本讲稿共42页力力电
37、转换电转换器器输输出出输输入入受受压压面面4 4：某学生某学生某学生某学生为为为为了了了了测测测测量一个物体的量一个物体的量一个物体的量一个物体的质质质质量，找到一个力量，找到一个力量，找到一个力量，找到一个力电转换电转换电转换电转换器，器，器，器，该转该转该转该转换换换换器的器的器的器的输输输输出出出出电压电压电压电压正比于受正比于受正比于受正比于受压压压压面受到的面受到的面受到的面受到的压压压压力（比例系数力（比例系数力（比例系数力（比例系数为为为为k k k k）如）如）如）如图图图图所示，所示，所示，所示，测测测测量量量量时时时时先先先先调节输调节输调节输调节输入端的入端的入端的入端的
38、电压电压电压电压，使，使，使，使转换转换转换转换器空器空器空器空载时载时载时载时的的的的输输输输出出出出电压为电压为电压为电压为0 0 0 0；而后在其受；而后在其受；而后在其受；而后在其受压压压压面上放上物体，即可面上放上物体，即可面上放上物体，即可面上放上物体，即可测测测测得与物体的得与物体的得与物体的得与物体的质质质质量成正比的量成正比的量成正比的量成正比的输输输输出出出出电压电压电压电压U U U U。现有下列器材：力电转换器、质量为现有下列器材：力电转换器、质量为现有下列器材：力电转换器、质量为现有下列器材：力电转换器、质量为m m m m0 0 0 0的砝码、电压表、滑动变阻器、的
39、砝码、电压表、滑动变阻器、的砝码、电压表、滑动变阻器、的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体的测量面上）。请完成对该物体的测量面上）。请完成对该物体的测量面上）。请完成对该物体的测量m m m m。（1 1 1 1）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电压）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电压）设计一个电路，要求力转换
40、器的输入电压可调，并且使电压）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。（2 2 2 2）简要说明测量步骤，求出比例系数）简要说明测量步骤，求出比例系数）简要说明测量步骤，求出比例系数）简要说明测量步骤，求出比例系数k k k k，并测出待测物体的质量，并测出待测物体的质量，并测出待测物体的质量，并测出待测物体的质量m m m m。（3 3 3 3）请设想实验中可能会出现的一个问题。）请
41、设想实验中可能会出现的一个问题。）请设想实验中可能会出现的一个问题。）请设想实验中可能会出现的一个问题。第33页，本讲稿共42页力力电转换电转换器器输输出出输输入入受受压压器器S SV VR R解析：解析：（1 1）设计的电路图如图所示，输入电压采用分压）设计的电路图如图所示，输入电压采用分压接法目的是让电压可调范围尽可能大。接法目的是让电压可调范围尽可能大。（2 2）测量步骤：）测量步骤：调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。将质量为将质量为mm0 0的砝码放在转换器上，记下输出电压的砝码放在转换器上，记下输出电压U U0 0。将待测物体放在转换器上
42、，记下输出电压将待测物体放在转换器上，记下输出电压U U1 1，由，由U U0 0=km=km0 0g g得得k=Uk=U0 0/m/m0 0g g，测得，测得U U1 1=kmg=kmg，所以，所以m=mm=m0 0U U1 1/U/U0 0。（3 3）可能出现的问题）可能出现的问题 因电源电压不够而输出电压因电源电压不够而输出电压调不到零。调不到零。待测物体质量超出转换器量程。待测物体质量超出转换器量程。待测物体质量超出转换器量程。待测物体质量超出转换器量程。第34页，本讲稿共42页2.加速度计 问题与练习21 1、两个电池的电动势、两个电池的电动势一样大一样大2 2、滑片在中间位置电、滑
43、片在中间位置电压表的读数为零压表的读数为零3 3、P P 点电势高与点电势高与 QQ点点时，指针向右偏转时，指针向右偏转第35页，本讲稿共42页练习：惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统练习：惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一个质量如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一个质量为为mm的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为k k的弹簧相连，的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧
44、处于两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自自然长度然长度。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离运动，指针向左偏离OO点的距离为点的距离为S S，则这段时间内导弹的加，则这段时间内导弹的加速度速度 （）A.A.方向向左，大小为方向向左，大小为 k S/mk S/m B B方向向右，大小为方向向右，大小为 k S/mk S/m C C方向向左，大小为方向向左，大小为 2k S/m 2k S/m D.D.方向向右，大小为
45、方向向右，大小为 2k S/m2k S/m01010UPD第36页，本讲稿共42页(2)(2)若若电电位位器器（可可变变电电阻阻）总总长长度度为为L L，其其电电阻阻均均匀匀，两两端端接接在在稳稳压压电电源源U U0 0上上，当当导导弹弹以以加加速速度度a a沿沿水水平平方方向向运运动动时时，与与滑滑块块连连接接的的滑滑动动片片P P产产生生位位移移，此此时时可可输输出出一一个个电电信信号号U U，作作为为导导弹弹惯惯性性制制导导系系统统的的信信息息源源，为为控控制制导导弹弹运运动动状状态态输入信息，试写出输入信息，试写出U U与与a a 的函数关系式。的函数关系式。01010UPU0解解：a
46、=2kx/m x=ma/2kU=U0 Rx/R=U0 x/L=maU0/2kL=mU0 a/2kLa第37页，本讲稿共42页练习练习:可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所其结构如图所示。当系统绕轴示。当系统绕轴OOOO转动时，元件转动时，元件A A发生位移并输出相应的发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A A的的质量为质量为mm，弹簧的劲度系数为，弹簧的劲度系数为k k、自然长度为、自然长度为l l，电源的电动，电源的电动势为势为E E、内阻不计。滑动变阻器总长
47、也为、内阻不计。滑动变阻器总长也为l l ，电阻分布均匀，电阻分布均匀，系统静止时系统静止时P P在在B B点，当系统以角速度点，当系统以角速度转动时，试写出输转动时，试写出输出电压出电压U U与与的函数式。的函数式。A S PCBOO输出电压输出电压U解解：设弹簧伸长：设弹簧伸长x,x,则则 kx=m 2(l+x)x=m 2 l (k-m 2)设滑动变阻器单位长度设滑动变阻器单位长度 的电阻为的电阻为r r1 1 U=IRx=Exr1/l r1=Ex/l U=Em 2(k-m 2)第38页，本讲稿共42页 练习、练习、练习、练习、用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加用如图所示的装置
48、可以测量汽车在水平路面上做匀加用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度该装置是在矩形箱子的前、后壁上各速直线运动的加速度该装置是在矩形箱子的前、后壁上各速直线运动的加速度该装置是在矩形箱子的前、后壁上各速直线运动的加速度该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹安装一个由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹安装一个由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹安装一个由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为簧夹着一个质量为簧夹着一个质量为簧夹着一个质量为2.0 kg2
49、.0 kg2.0 kg2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器另一端分别压在传感器另一端分别压在传感器另一端分别压在传感器a a a a、b b b b上，其压力大小可直接从传上，其压力大小可直接从传上，其压力大小可直接从传上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出现将装置沿运动方向固定在汽感器的液晶显示屏上读出现将装置沿运动方向固定在汽感器的液晶显示屏上读出现将装置沿运动方向固定在汽感器的液晶显示屏上读出现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器车上，传感器车上，传感器车上，传感器b b
50、b b在前，传感器在前，传感器在前，传感器在前，传感器a a a a在后汽车静止时，传感器在后汽车静止时，传感器在后汽车静止时，传感器在后汽车静止时，传感器a a a a、b b b b在的示数均为在的示数均为在的示数均为在的示数均为 10 N10 N10 N10 N（取（取（取（取g=g=g=g=10 m10 m10 m10 ms s s s2 2 2 2）（1 1 1 1）若传感器）若传感器）若传感器）若传感器a a a a的示数为的示数为的示数为的示数为 14 N14 N14 N14 N、b b b b的示数为的示数为的示数为的示数为6.0 N6.0 N6.0 N6.0 N，求此时汽车，