【物理】6.2《传感器的应用（一）》课件（新人教选修3-2）

nullnull6.2传感器的应用（一）复习问复习问题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。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转化为电压这 个电学量。 null传感器应用的一般模式：null力电传感器的应用——电子秤（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由 什么元件组成的？ （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？ null3、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1、电子秤的测力装置是力传感器，它是由一个金属梁和两 个应变片一起组成了测力部分。 2、在金属梁没有力的情况下，金属梁处于水平状态，梁 的上下应变片的长度没变且相等，两应变片的电阻大小 也相等，当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向 下弯曲，使得金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大， 两端电压也变大，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变 小，两端的电压也减小，使得两应变片两端电压值不相 等，存在差值，控制电路就通过这个差值，经过放大电 路将差值信号放大，再在显示器上显示出数字，即力F 的大小。null练习1.关于电子秤中应变式力传感器的说法 正 确的是 （ ） A.应变片是由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；反之， 变小 C.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A B Dnull例1:(1)惯性制导系统已广泛应用于导弹中，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m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。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运动，指针向左偏离O点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度 （ ） A. 方向向左，大小为 k S/m B．方向向右，大小为 k S/m C．方向向左，大小为 2k S/m D. 方向向右，大小为 2k S/mDnull(2)若电位器（可变电阻）总长度为L，其电阻均匀，两端接在稳压电源U0上，当导弹以加速度a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输出一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出U与a 的函数关系式。解：a=2kS/m∴ S=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 S / L=maU0 / 2kL=mU0 a / 2kL∝anull例2：某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器 ，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k）如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。 现有下列器材：力电转换器、质量为m0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面上）。请完成对该物体的测量m。 （1）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。 （2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。 （3）请设想实验中可能会出现的一个问题。 null 解析： （1）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。（2）测量步骤：①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。②将质量为m0的砝码放在转换器上，记下输出电压U0。③将待测物体放在转换器上，记下输出电压U1，由U0=km0g得k=U0/m0g，测得U1=kmg，所以m=m0U1/U0。 （3）可能出现的问题 ①因电源电压不够而输出电压 调不到零。②待测物体质量超出转换器量程。null声传感器的应用——话筒 （1）话筒的作用是什么？ （2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。声音信号转化为电信号 null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。（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？null（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N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流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．优点：保真度好。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塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。演示实验：演示实验： 按照如图所示的连接驻极体话筒的工作电路，话筒的输出端经过隔直电容接到示波器。对着话筒喊话，观察示波器的荧光屏上的波形，再用另外一人同样对话筒喊话，比较两次声音产生的波形有什么不一样。 null温度传感器的应用——电熨斗 温控开关：取一个报废的日光灯启 辉器，去掉外壳，敲碎 氖泡的玻璃，可以看到 一个U型的双金属片， 双金属片的旁边有一根 直立的金属丝，两者构 成一对触点，常温下触 点是分离的，用火焰靠 近金属片，可以看到双 金属片的形状变化，与金属丝接触，熄灭火焰，双金属片 逐渐恢复原状，两个触点分离。 把这个启动器用到温控开关，可以控制小灯泡的亮和灭。null思考与讨论：（1）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？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． null（2）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？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． 温度传感器的另一应用——电冰箱的温控装置 温度传感器的另一应用——电冰箱的温控装置 如图所示是某种电冰箱内温度 控制器的结构，铜质的测温泡1， 细管2和弹性金属膜盒3连成密 封的系统，里面充有氯甲烷盒 它的蒸汽，构成一个温度传感 器，膜盒3为扁圆形，右表面固 定，左表面通过小柱体与弹簧片 4连接，盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀，测温泡1 安装在冰箱的冷藏室中。5、6分别是电路的动触点盒静触 点，控制制冷压缩机的工作，拉簧7的两端分别连接到弹簧 片4盒连杆9上。连杆9的下端是装在机箱上的轴。凸轮8是 由设定温度的旋钮控制的，逆时针旋转时凸轮连杆上端右 移，从而加大对弹簧7的拉力。电冰箱温控装置的工作原理是什么？自动控温原理 自动控温原理 如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构，铜制的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，构成了一个温度传感器，膜盒为扁圆形，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接，盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀，测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作，拉簧7的两端分别连接到弹簧片和连杆9上，连杆9的下端装在机箱上的轴，凸轮8是由设定温度的旋钮控制的，逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力。当冷藏室里的温度升高时，1、2、3中的氯甲烷受热膨胀，弹性金属膜盒3的左端膨胀，推动弹簧片4向左转动，使5、6接触，控制的压缩机电路开始工作制冷，当温度下降到一定程度，氯甲烷受冷收缩，5、6又分开，制冷结束，直到下次温度升高再重复上述过程。 温度设定原理 温度设定原理 将凸轮8逆时针旋转，凸轮将连杆9向右顶，使得弹簧 7弹力增大，此时要将5、6触点接通，所需要的力就 要大些，温度要高一些，即温控挡应低一些（例如1 级），顺时针旋转凸轮8，控制的温度低一些，控温 挡要高一些。 null本节课主要学习了以下几个问题： 1、力传感器的应用——电子秤传感器的应用 2、声传感器的应用——话筒 3、温度传感器的应用——电熨斗 力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制．