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1、6.2 6.2 传感器的应用（一）传感器的应用（一）传感器应用的一般模式：传感器应用的一般模式：一一.力电传感器的应用力电传感器的应用电子秤电子秤（1 1）电子秤使用的测力装置是什么？电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？它是由什么元件组成的？金属梁金属梁U U1 1U U2 2 应变片能够把物体应变片能够把物体形变形变这个这个力学量力学量转化为转化为电压电压这个这个电学量电学量（3 3）应变片能够把什么力学量转化）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？为什么电学量？（2 2）简述力传感器的工作原理。）简述力传感器的工作原理。练习练习.关于电子秤中应变式力传感器的关于电子秤中应变
2、式力传感器的说法正确的是说法正确的是（）A.A.应变片是由多用半导体材料制成。应变片是由多用半导体材料制成。B.B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小。大；反之，变小。C.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.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 D二二.声传感器的应用声传感器的应用话筒话筒 二二.声传感器的应用声传感器的应用话筒话筒 声电传感器是指将声音信号转换为电声电传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器信号的一类传感器 常见的常见的动圈式动圈式话筒和话筒和电容式电容式话筒都话筒都
3、是声电传感器。是声电传感器。动圈式话筒的工作原理动圈式话筒的工作原理 膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。大的声音。优点：结实耐用，实用，方便优点：结实耐用，实用，方便电磁感应现
4、象电磁感应现象电容式话筒的工作原理电容式话筒的工作原理 利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M M和和固定电极固定电极N N形成一个电容器，被直流电源充电当声波形成一个电容器，被直流电源充电当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻流，于是电阻R R两端就输出了与声音变化规律相同的电两端就输出了与声音变化规律相同的电压压优点：保真度好。优点：保真度好。驻极体话筒的工作原理驻极体话筒的工作原理 驻极体话筒的原理同电容式话筒，驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体
5、塑料只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜薄膜优点：体积小，重量轻，价格优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。便宜，灵敏度高，工作电压低。练习：（练习：（20032003上海试题）唱卡拉上海试题）唱卡拉OKOK用的话筒，内有用的话筒，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后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永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，当声波使膜片前后振动时，就将声音磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是信号转变为电信号。下列说法正确的是 (
6、)()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。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B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5练习：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容练习：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，制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的
7、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电容器的两极，在两极间加一电压和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发，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它量发生变化，使生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的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（原因可能是容器两板间的（）（A A）距离变化。）距离变化。（B B）正对面积变化）正对面积变化（C C）介质变化）介质变化 （D D）电压变化）电压变化A
8、三温度传感器的应用三温度传感器的应用电熨斗电熨斗 常常温温下下两两触触点点分分离离。温温度度升升高高，两两种种金金属属膨膨胀胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。双金属片温度传感器双金属片温度传感器：电熨斗电熨斗双金属片温度传感器的作用双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断控制电路的通断.P P5757思考与讨论思考与讨论思思考与讨论考与讨论：（1 1）常温下，上、下触点应是接触的还是）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？作用？（2 2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物
9、需要设）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定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？现的？（1 1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过）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，上部金高时，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，则双金属片向下弯属膨胀大，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，停止加热温曲，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，重新接通电路加度降低后，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用热，这样循环
10、进行，起到自动控制温度的作用（2 2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同）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，升的温度，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，从而改变触点接触的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难易，达到控制在不同温度的目的课本问题与练习课本问题与练习1 1、（1 1）冰箱内温度较高时，）冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盆体密封系统中的压强增大，盆体膨胀，膜盒膨胀，膜盒3 3通过小柱体带动通过小柱体带动弹簧片弹簧片4 4，使动触点，使动触点5 5与静触点与静触点6 6
11、接触，控制压缩机自动开始接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的低温时工作，而在达到设定的低温时拉簧带动弹簧片拉簧带动弹簧片4 4将触点将触点5 5、6 6断开，使压缩机停止工作断开，使压缩机停止工作（2 2）凸轮逆时针转动会加大连杆）凸轮逆时针转动会加大连杆9 9对弹簧对弹簧7 7的拉力，该拉力与弹性膜盒的拉力，该拉力与弹性膜盒3 3共同控制弹簧共同控制弹簧片片4 4的运动，故弹簧的运动，故弹簧7 7上弹力的变化会改变设上弹力的变化会改变设定的温度定的温度课本问题与练习课本问题与练习2 2该同学设计的电路在原理上可该同学设计的电路在原理上可行，当滑动片行，当滑动片P P在滑动变阻器中央在
12、滑动变阻器中央时时P P、QQ等势，电压表指针指中央等势，电压表指针指中央零点零点 这个装置可以同时测出加速这个装置可以同时测出加速度大小和方向，大小可通过电压度大小和方向，大小可通过电压表示数大小表示，方向可通过偏表示数大小表示，方向可通过偏转方向判定转方向判定 当物体具有图示方向的加速度当物体具有图示方向的加速度a a时，滑块向左移，时，滑块向左移，则变阻器右端电阻大，故电流流过滑动变阻器时电则变阻器右端电阻大，故电流流过滑动变阻器时电势降落大，则势降落大，则QQ点电势高于点电势高于P P点，则指针应向零点左点，则指针应向零点左侧偏转侧偏转课本问题与练习课本问题与练习（1 1）A A、B
13、B端端（2 2）由图甲知，）由图甲知，t=t=100100时时R=R=5050，则继，则继电器电路中电流在电器电路中电流在100100时，其中为继电时，其中为继电器的电阻。器的电阻。代入数据解得，代入数据解得，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）的电元件）的电阻阻R R随温度随温度t t变化的关系图线，这种元件具有发热、控变化的关系图线，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该元件接到加温并控制温度如果将该元件接到220V220V恒定电压下恒定电压下，则，则A A
14、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，其电功率先减小后增大通电后，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不不变变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之间的某一值不变。之间的某一值不变。t/Rt2t1AD 练练习习、（20032003上上海海考考题题）演演示示位位移移传传感感器器的的工工作作原原理理如如右右图图示示，物物体体MM在在导导轨轨上上平平移移时时，带带动动滑滑动动变变阻阻器器的的金金属属滑滑杆杆p p
15、，通通过过电电压压表表显显示示的的数数据据，来来反反映映物物体体位位移移的的大大小小x x。假假设设电电压压表表是是理理想想的的，则则下下列列说说法正确的是法正确的是 ()()A.A.物体物体MM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.物体物体MM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.物体物体MM不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流D.D.物体物体MM不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数B练习：练习：惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系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
16、构造和原理的示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如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一意图如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一个质量为个质量为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，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于静止，弹簧处于自然长度自然长度。滑块上有指针，可通过标尺。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运动，指针向左偏离时间内导弹沿水平方
17、向运动，指针向左偏离OO点的距离点的距离为为S S，则这段时间内导弹的加速度，则这段时间内导弹的加速度 （）A.A.方向向左，大小为方向向左，大小为 1k S/m1k S/m B B方向向右，大小为方向向右，大小为 1k S/m1k 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，大小为方向向右，大小为 2k S/m2k S/m。01010UPD(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
18、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输入入信信息息，试试写写出出U U与与a a 的的函函数数关关系系式。式。01010UPU0解解：a=2kx/m x=ma/2kU=U0 Rx/R=U0 x/L=maU0/2kL=mU0 a/2kLa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,其结构其结构如图所示。当系统绕轴如图所示。当系统绕轴OOOO转动时，元件转动时，元件A A发生位移发生位移
19、并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系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。已知统的信息源。已知A A的质量为的质量为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，电源的电动势为电源的电动势为E E、内阻不计。滑动内阻不计。滑动变阻器总长也为变阻器总长也为l l ，电阻分布均匀，系统静止时电阻分布均匀，系统静止时P P在在B B点，点，当系统以角速度当系统以角速度转动时，试写出输出电压转动时，试写出输出电压U U与与的的函数式。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=
20、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)练习、练习、用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上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、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器前、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簧夹着一个质量为用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg2.0 kg的滑块的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器可无摩擦滑动，两弹簧
21、的另一端分别压在传感器a a、b b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出上，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车上，传感器现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b b在前，在前，传感器传感器a a在后汽车静止时，传感器在后汽车静止时，传感器a a、b b在的示数均在的示数均为为 10 N10 N（取（取g=g=10 m10 ms s2 2）（1 1）若传感器）若传感器a a的示数为的示数为 14 N14 N、b b的示数为的示数为6.0 N6.0 N，求此，求此时汽车的加速度大小和方向时汽车的加速度大小和方向（2 2）当汽车以怎样的加速度）当汽车以怎
22、样的加速度运动时，传感器运动时，传感器a a的示数为零的示数为零解：（解：（1 1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力的推力 F F1 1=14N=14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力，右侧弹簧对滑块的向左的推力 F F2 2=6.0 N=6.0 N滑块所受合力产生加速度滑块所受合力产生加速度a a1 1，根据牛，根据牛 顿第二定律有顿第二定律有 得得 a=4 m/sa=4 m/s2 2 a a1 1与与F F1 1同方向，即向前（向右）同方向，即向前（向右）（2 2）a a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F
23、F1 1/=0=0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F F2 2/=20N=20N。滑。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得，块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得，a a2 2=10m/s=10m/s2 2，方向向左，方向向左 练练习习：将将金金属属块块mm用用压压缩缩的的轻轻弹弹簧簧卡卡在在一一个个矩矩形形的的箱箱中中，如如图图所所示示，在在箱箱的的上上顶顶板板和和下下底底板板装装有有压压力力传传感感器器，箱箱可可以以沿沿竖竖直直轨轨道道运运动动。当当箱箱以以a a=2.0=2.0
24、 m/sm/s2 2的的加加速速度度竖竖直直向向上上做做匀匀减减速速运运动动时时，上上顶顶板板的的传传感感器器显显示示的的压压力力为为6.0N6.0N，下下底底板板的的传传感感器器显显示示的的压力为压力为10.0N10.0N。(取取g g=10 m/s=10 m/s2 2)(1)(1)若上顶板传感器的示数是下底板若上顶板传感器的示数是下底板传感器的示数的一半，传感器的示数的一半，试判断箱的运试判断箱的运动情况。动情况。(2)(2)要使上顶板传感器的示数为零要使上顶板传感器的示数为零,箱箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？m原来原来（1）（2）解：解：m向上做匀
25、减速向上做匀减速运动运动a a向下向下a=2m/s2F=10NF1=6Nmgamg+F1-F=mam=0.5kg上顶板示数是下上顶板示数是下底板示数的底板示数的1/21/2弹簧长度不变弹簧长度不变F=10N F2=5NFmgF2a2mg+F2-F=ma2a2=0静止或匀速运动静止或匀速运动上顶板示数为零，上顶板示数为零，则弹簧变短，则弹簧变短，F10N F3=0Fmga3F mg=ma3a3 10m/s2向上加速或向向上加速或向下减速，加速下减速，加速度度a 10m/s2。用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，
26、光亮时灯灭。制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材如下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、可供选择的器材如下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。继电器、滑动变阻器、开关、导线。ecab解：光敏电阻受到光照射时电阻变小解：光敏电阻受到光照射时电阻变小 ，将光敏电，将光敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的接入继电器的a a、b b端，如图示：端，如图示：将交流电源与路灯接入将交流电源与路灯接入c c、e e之间。之间。220V 光暗时光敏电阻值大，光暗时光敏电阻值大，abab间电流小，磁性弱，间电流小，磁性弱，cece处于闭合，灯亮。处于闭合，灯亮。光亮时，光敏电阻值光亮时，光敏电阻值小，小，abab间电流大，磁性间电流大，磁性强，吸住衔铁，电路强，吸住衔铁，电路cece处处断开，灯灭。断开，灯灭。