《高中物理 传感器的应用(一)课件 新人教版选修3-2.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 传感器的应用(一)课件 新人教版选修3-2.ppt（22页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、62 传感器的应用传感器的应用 上节课我们学习了传感器及其工作原理。传上节课我们学习了传感器及其工作原理。传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。请大家回忆一下光敏电路通断的一类元件。请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？转化为电学量的元件？光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学
2、量。热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。转化为电压这个电学量。这节课我们来学习传感器的应用。这节课我们来学习传感器的应用。传感器的应用（一）传感器的应用（一）阅读阅读教材并在教材并在练习练习本上画出本上画出传传感器感器应应用的一般模式示意用的一般模式示意图图。下面学下面学习习几个几个传传感器感器应应用的用的实实例。例。1.力力传传感器的感器的应应用用电电子秤子秤阅读阅读教材教材56页页第一段，思考并回答第一段，思考并回答问题问题。（1）电电子秤使用的子秤使用
3、的测测力装置是什么？它是由什力装置是什么？它是由什么元件么元件组组成的？成的？（2）简简述力述力传传感器的工作原理。感器的工作原理。（3）应变应变片能片能够够把什么力学量把什么力学量转转化化为为什么什么电电学学量？量？应变应变片能片能够够把物体形把物体形变这变这个力学量个力学量转转化化为电压这为电压这个个电电学量。学量。【例例1】用如用如图图所示的装置可以所示的装置可以测测量汽量汽车车在水平路面上做在水平路面上做匀加速直匀加速直线线运运动动的加速度的加速度该该装置是在矩形箱子的前、后装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏壁上各安装一个由力敏电电阻阻组组成的成的压压力力传传感器用两根相感器
4、用两根相同的同的轻弹轻弹簧簧夹夹着一个着一个质质量量为为2.0 kg的滑的滑块块可无摩擦滑可无摩擦滑动动，两，两弹弹簧的另一端分簧的另一端分别压别压在在传传感器感器a、b上，其上，其压压力大小可直接力大小可直接从从传传感器的液晶感器的液晶显显示屏上示屏上读读出出现现将装置沿运将装置沿运动动方向固定方向固定在汽在汽车车上，上，传传感器感器b在前，在前，传传感器感器a在后汽在后汽车车静止静止时时，传传感器感器a、b在的示数均在的示数均为为 10 N（取（取g=10 ms2）（1）若）若传传感器感器a的示数的示数为为 14 N、b的示数的示数为为6.0 N，求此，求此时时汽汽车车的加速度大小和方向的
5、加速度大小和方向（2）当汽）当汽车车以怎以怎样样的加速度运的加速度运动时动时，传传感器感器a的示数的示数为为零零2温度传感器的应用温度传感器的应用电熨斗电熨斗温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的电熨物理性质随温度的变化而改变的特性制成的电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。斗就是靠温度传感器来控制温度的。实验实验：电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。作
6、用是控制电路的通断。电熨斗结构图（如图所示）电熨斗结构图（如图所示）思考与讨论：思考与讨论：（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双
7、金属片向部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用用（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的的难易，达到控制在不
8、同温度的目的温度温度传传感器的感器的应应用用【例例2】在家用在家用电热灭电热灭蚊器中，蚊器中，电热电热部分主要元件是部分主要元件是PTC 元件，元件，PTC元件是由元件是由钛钛酸酸钡钡等半等半导导体材料制成的体材料制成的电电阻器，阻器，其其电电阻率阻率 随温度随温度t的的变变化关系如化关系如图图所示，由于所示，由于这这种特性，种特性，PTC元件元件具有具有发热发热、保温双重功能、保温双重功能对对此，此，以下判断正确的是（以下判断正确的是（D）通电后，其电功率先增大，通电后，其电功率先增大，后减小后减小 通电后，其电功率先通电后，其电功率先减小，后增大减小，后增大 当其产生的热当其产生的热量与散
9、发的热量相等时，温度量与散发的热量相等时，温度保持在保持在t1不变不变 当其产生的热当其产生的热量与散发的热量相等时，温度量与散发的热量相等时，温度保持在保持在t1和和t2之间的某一值不变之间的某一值不变A B C D分析：当电热灭蚊器温度由分析：当电热灭蚊器温度由0升到升到t1的过程中，电阻器的电阻率随温度的过程中，电阻器的电阻率随温度升高而减小，其电阻升高而减小，其电阻R随之减小，随之减小，由于加在灭蚊器上的电压由于加在灭蚊器上的电压U保持不保持不变，灭蚊器的热功率变，灭蚊器的热功率P随之增大，随之增大，当当t=t1时，时，P=P1达到最大当温达到最大当温度由度由t1升高到升高到t2的过程
10、中增大，的过程中增大，R增大，增大，P减小；而温度越高，其与减小；而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，高外界环境温度的差别也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散热功于环境温度的电热灭蚊器的散热功率率P也就越大；因此在这之间的某也就越大；因此在这之间的某一温度一温度t3会有会有P=P3=P，即电热功，即电热功率率P减小到等于散热功率时，即达减小到等于散热功率时，即达到保温；当到保温；当tP，使温度自，使温度自动升高到动升高到t3；当；当tt3，PP，使温，使温度自动降为度自动降为t3，实现自动保温，正，实现自动保温，正确答案为确答案为D。3、温度传感器的应用、温度传感器的应用电饭锅电饭锅
11、人类已步入电气化时代，随着人们生活质量的提人类已步入电气化时代，随着人们生活质量的提高，电饭锅、电饭煲已经走进越来越多的家庭，为高，电饭锅、电饭煲已经走进越来越多的家庭，为什么电饭锅、电饭煲能自动加热和保温而不会使饭什么电饭锅、电饭煲能自动加热和保温而不会使饭烧焦呢？烧焦呢？原来电饭锅中采用了温度传感器，能够随原来电饭锅中采用了温度传感器，能够随着温度的变化自动控制电路的开关。着温度的变化自动控制电路的开关。温度传感器的主要元件是什么？温度传感器的主要元件是什么？感温铁氧体。感温铁氧体。感温铁氧体的组成物质是什么？感温铁氧体的组成物质是什么？氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成。氧化锰、氧化
12、锌和氧化铁粉末混合烧结而成。感温铁氧体有何特点？感温铁氧体有何特点？常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约103，失去铁磁性，失去铁磁性什么是什么是“居里点居里点”？居里点，又称居里温度，即指居里点，又称居里温度，即指103。观察演示实验：感温铁氧体的特性。观察演示实验：感温铁氧体的特性。现象：当感温铁氧体的温度升高到一定数值现象：当感温铁氧体的温度升高到一定数值时，感温铁氧体与磁铁分离。说明温度升高时，感温铁氧体与磁铁分离。说明温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失。到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失。1、开始煮饭时，用手压下开关按钮，永
13、磁体与感温磁体、开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。2、水沸腾后，锅内大致保持、水沸腾后，锅内大致保持100不变。不变。3、饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升、饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至至“居里点居里点103”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热4、如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持、如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100不变，不变，温
14、度低于温度低于“居里点居里点103”，电饭锅不能自动断电。只有水，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到烧干后，温度升高到103才能自动断电。才能自动断电。连贯地叙述电饭锅的工作过程。连贯地叙述电饭锅的工作过程。开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持水沸腾后，由于锅内保持100不变，故感不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水
15、分被大米吸收，锅底温度升高，当熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至温度升至“居里点居里点103”时，感温磁体失去时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热点分离，切断电源，从而停止加热4温度传感器的应用温度传感器的应用测温仪测温仪2003年的那个春天，一头恶魔冲进中华大地，一年的那个春天，一头恶魔冲进中华大地，一夜之间，国人无不谈夜之间，国人无不谈S ARS色变但在全国人民的色变但在全国人民的共同努力下，终于将这头恶魔降服，并彻底消灭，共同努力下，终于将这头恶魔降服，并彻底消灭，在抗击在抗击SARS的过程
16、中，许多公共场合都使用了非的过程中，许多公共场合都使用了非接触式红外测温仪接触式红外测温仪温度传感器测温仪有何优点？温度传感器测温仪有何优点？答：可以远距离读取温度的数值因为温度信号答：可以远距离读取温度的数值因为温度信号变成电信号后可以远距离传输变成电信号后可以远距离传输常见的测温元件有哪些？常见的测温元件有哪些？答：热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏答：热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等感元件等温度温度传传感器的感器的应应用用【例例1】如如图图甲甲为为在温度在温度为为10左右的左右的环环境中工作的境中工作的某自某自动动恒温箱原理恒温箱原理简图简图，箱内的，箱内的电电阻阻R1
17、=20 k，R2=10 k，R3=40 k，Rt为热为热敏敏电电阻，它的阻，它的电电阻随温度阻随温度变变化化的的图线图线如如图图乙所示当乙所示当 a、b端端电压电压 Uab0时时，电压鉴别电压鉴别器使器使 S断开，停止加断开，停止加热热，恒温箱内的温度恒定在，恒温箱内的温度恒定在_ 5光传感器的应用光传感器的应用机械式鼠标器机械式鼠标器在工农业生产中经常用到自动控制装置，而在工农业生产中经常用到自动控制装置，而设计自动控制装置很多情况下要用到传感器设计自动控制装置很多情况下要用到传感器如光电传感器，把光信号转化为电信号，然后如光电传感器，把光信号转化为电信号，然后对电信号进行放大，再将电信号输
18、入到相应的对电信号进行放大，再将电信号输入到相应的装置，进而完成相应的自动控制。下面我们学装置，进而完成相应的自动控制。下面我们学习光传感器的应用实例习光传感器的应用实例鼠标器。鼠标器。机械式鼠标器的内部组成是什么？机械式鼠标器的内部组成是什么？滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管管简述机械式鼠标器的工作原理。简述机械式鼠标器的工作原理。鼠标器移动时，滚球运动通过轴带动两个码盘鼠标器移动时，滚球运动通过轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计两个输出相应的电脉冲信
19、号，计算机分别统计两个方向的脉冲信号，红外接收管处理后就使屏幕方向的脉冲信号，红外接收管处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。上的光标产生相应的位移。6光传感器的应用光传感器的应用火灾报警器火灾报警器许多会议室、宾馆房间的天花板上都装有火灾许多会议室、宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器，火灾报警器是光传感器应用的又一实例。报警器，火灾报警器是光传感器应用的又一实例。以利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器为以利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器为例，简述其工作原理。例，简述其工作原理。报警器带孔的罩子内装有发光二极管报警器带孔的罩子内装有发光二极管LED、光、光电三极管和不透明的挡板平时，光电三
20、极管收电三极管和不透明的挡板平时，光电三极管收不到不到LED发出的光，呈现高电阻状态烟雾进入发出的光，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，就会发出警报测出这种变化，就会发出警报实验实验光光传传感器的感器的应应用用【例例2】如如图图所示所示为为一一实验实验小小车车中利用光中利用光电电脉冲脉冲测测量量车车速速和行程的装置示意和行程的装置示意图图。A为为光源，光源，B为为光光电电接收器，接收器，A、B均固定在均固定在车车身上，身上，C为为
21、小小车车的的车轮车轮，D为为与与C同同轴轴相相连连的的齿齿轮轮。车轮转动时车轮转动时，A发发出的光束通出的光束通过过旋旋转齿轮转齿轮上上齿齿的的间间隙隙后后变变成脉冲光信号，被成脉冲光信号，被B接收并接收并转换转换成成电电信号，由信号，由电电子子电电路路记录记录和和显显示。若示。若实验显实验显示示单单位位时间时间内脉冲数内脉冲数为为n，累，累计计脉冲数脉冲数为为N，则则要要测测出小出小车车的速度和行程的速度和行程还还必必须测须测量的物量的物理量和数据是理量和数据是 ，小，小车车速度的表达式速度的表达式为为v=；行程；行程的表达式的表达式为为 =。总结总结 本本节课节课主要学主要学习习了以下几个了以下几个问题问题：电饭锅测温仪温度传感器鼠标器火灾报警器光传感器传感器的应用各种各种传传感器广泛感器广泛应应用于人用于人们们日常生活、生日常生活、生产产中，如空中，如空调调、电电冰箱、冰箱、电饭电饭堡、火灾堡、火灾报报警器、警器、路灯自路灯自动动控制、控制、电脑电脑鼠鼠标标器等器等传传感器把所感感器把所感受到的物理量，如力、受到的物理量，如力、热热、磁、光、声等，、磁、光、声等，转转换换成便于成便于测测量的量的电压电压、电电流等，与流等，与电电路相路相结结合合达到自达到自动动控制的目的控制的目的