最新物理精华名师课件 第2讲 传感器的应用一Pdf.docx

最新物理精华名师课件 第2讲 传感器的应用一Pdf.docx

《最新物理精华名师课件 第2讲 传感器的应用一Pdf.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新物理精华名师课件 第2讲 传感器的应用一Pdf.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

最新物理精华名师课件第2讲传感器的应用一Pdf

传感器的应用

（一）

第2讲传感器的应用

（一）

一、课本导读

（一）应变式力传感器的应用——电子秤

1．应变式力传感器的构造：

它是由＿＿＿＿和＿＿＿＿＿组成，应变片是一种敏感元件，多用

＿＿＿＿＿制成．

2．应变式力传感器的工作原理如图6-2-1所示：

弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个＿＿＿＿＿，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面＿＿＿＿＿，下表面＿＿

＿＿＿，上表面应变片的电阻变＿＿＿＿＿，下表面的电阻变＿＿＿＿＿．F越大，弯曲形变越

＿＿＿＿＿，应变片的阻值变化就越＿＿＿＿＿．如果让应变片中通过的电流保持恒定，则上面应变片两端的电压变＿＿＿＿＿，下面应变片两端的电压变＿＿＿＿＿．因此可得，外力越大，输出的电压差值也就越＿＿＿＿＿．

3．应变力传感器的作用：

它能够把＿＿＿＿＿转换成＿＿＿＿＿．

（二）声传感器的应用——话筒

1．话筒的作用：

话筒是一种常见的声传感器，它能把＿＿＿＿＿转换为＿＿＿＿＿．

2．动圈式话筒的构造（如图6-2-2所示）及工作原理：

它主要由＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿组成．其工作原理可简述为：

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

＿＿．

3．电容式话筒的构造（如图6-2-3所示）及工作原理：

它主要是由＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、和＿＿＿＿＿组成的一个电容器．

图6-2-1

图6-2-2

图6-2-3

4．驻极体话筒的工作原理及特点：

它的工作原理与电容式话筒＿＿＿＿＿，但工作电压不同，它只需＿＿＿＿＿的电压，而电容式话筒需＿＿＿＿＿的电压．它的特点有＿＿＿＿＿、＿＿＿＿

＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿．

（三）温度传感器的应用——电熨斗

1．电熨斗的构造（如图6－2－4所示）：

它主要由＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、弹性铜片、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、电热丝、金属底板等几部分组成．

2．电熨斗的工作原理：

常温下上下触点是＿＿＿＿＿，设定温度时，通过调节＿＿＿＿＿使弹性铜片下降，与弹性铜片相连接的上触点与＿＿＿＿＿接通，这样电路接通，电热丝发热产生热量，温度升高，可以熨烫衣物．这时双金属片也由于受热而膨胀，但因双金属片上层金属的膨胀系数＿＿＿＿＿下层金属，使双金属片向＿＿＿＿＿弯曲，上下触点脱离，电路断开．由于电路断开，电热丝不再发热，温度降低，双金属片恢复初态，电路又接通加热．不难看出，双金属片温度传感器的作用就是＿＿＿＿＿．

二、题型分类

例1．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7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。

受压面

输入输出

＋力电转换器＋

—－

图7

例2．如图１所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图。

薄金属片P固定有4个电阻R1、

R2、R3、R4（如图２所示），左边是它的侧面图这四个电阻连接成电路如图３所示，试回答下列问题：

（1）开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系？

（2）当O点加一个压力F后发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻大小如何变化？

（3）电阻变化后，电阻的A、B两点哪点电压高？

它为什么能测量电压？

PR1

R

P

1

BR2

V

FO

图１图２

R2OR3R4

R3R4

A

图３

例3．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U，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

（）

A．距离变化B．正对面积变化

C．介质变化D．电压变化

例4．下面是动圈式话筒的原理图，请你根据图说出具体原理。

金属膜

磁铁

振动膜

金属板

外电路

音圈

声波

金属膜片

例5．如图所示，有的计算机键盘的每一个键下面都连一小块金属片，与该金属片隔有一定空气隙的

S

是另一块小的固定金属片，这两块金属片组成一个小电容器．该电容器的电容C可用公式C=e计

d

算，式中常量e=9×10-12F·m-1，S表示金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离．当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了，从而给出相应的信号．设每个金属片的正对面积为50mm2，键未按下时两金属片的距离为0.6mm．如果电容变化了0.25

pF，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少要被按下mm。

三、巩固练习

1．下列说法正确的是（）A．应变式力传感器可以测重力，也可以用来测牵引力B．电子秤的核心元件是应变片，它多用金属材料制成，是一种敏感元件

C．应变片能把力学量―――物体形变转换为电学量―――电压D．所有电子秤都应用了应变式力传感器

2．关于话筒，下列说法正确的是（）

A．无论动圈式话筒、电容式话筒、还是驻极体话筒，作用相同都将声波――力学量转换成了电压（或电流）――电学量B．电容式话筒和驻极体话筒原理相同，都是声波的变化引起电容变化，进而引起输出电压的变化C．动圈式话筒利用通电线圈在磁场中受安培力振动实现声向电的转化D．因为驻极体话筒价格便宜、灵敏度高，会场大都用驻极体话筒

3．下列说法正确的（）A．电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片，两片金属的膨胀系数相同B．常温下，上下触点是分享的；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分享C．需要较高温度熨烫时，要调节温度旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移D．电熨斗中的双金属片是一种半导体材料

4．为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路相接．当楼道内有人走动而发出声响时，电灯即被接通电源而发光，这种传感器为＿＿＿＿＿，它输入的是＿＿＿＿＿＿信号，经传感器转换后，输出的是＿＿＿＿＿信号。

5．传感器是一种采集信息的重要器件，图6－2－7是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力为F作用于可动膜片电极上时，以下说法中正确的（）

A．若F向上压膜片电极，电路中有从a和b的电流B．若F向上压膜片电极，电路中有从b和a的电流C．若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流D．若电流表有示数，则说明压力F发生变化

6．1999年7月12日，日本原子能公司所属敦贺湾电站由于水管破裂导致国徽冷却剂外流，在检测此重大事故中应用了非电量变化（冷却剂外泄使管中液面变化）转换为电信号的自动化测量技术．如图6－2－8所示是一种测定导电液体深度的装置；包着一层电介质的金属棒与导电液体形成一个电容器，电容量的变化能反映液面的升降情况，则下列叙述中正确的是（）

A．电容增大反映h增大

B．电容增大反映h减少

C．将金属棒间的电压和导电液体分别接电源两极再断开后，液体深度变化时导电液与金属棒间的电压增大反映h减小D．将金属棒和导电液体分别接电源两极再断开后，液体深度变化时导电液与金属棒间的电压增大反映h增大

7．卡拉OK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后面粘接一个轻小

图6－2－8

的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片振动时，就将声音信号转换为电信号．下列说法正确的是（）

A．该传感器是根据电流的磁效应工作的B．该传感器是根据电磁感应原理工作的C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势

8．如图6－2－9所示，是一种测定角度变化的传感器，当彼此绝缘的金属构成的动片和定片之间的角度θ发生变化时，试分析传感器是如何将这种变化转化为电学量的？

9．利用热敏电阻，电磁继电器，电铃，学生电源，必要的导线，开关等，设计一个火灾报警装置．要求有安全和报警两种指示．

图6－2－9

10．某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力

（比例系数为k），如图所示，测量时先调节输入的电压，使转换器空载时的输出电压为零；而后在其受压面上放一物体，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m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、开关及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）．

请完成对该物体质量的测量．

（1）设计一个电路，要求力电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m0．

请设想实验中可能会出现的一个问题．

（09宁夏卷）23.（11分）

青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。

用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。

光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强（如白天）时电阻几乎为0：

照射光较弱（如黑天）时电阻接近于无穷大。

利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开。

电磁开关的内部结构如图所示。

1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。

当励磁线圈中电流大于50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50mA时，

3、4接通。

励磁线圈中允许通过的最大电流为

100mA。

（1）利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。

光敏电阻R1，符号

R1

灯泡L，额定功率40W，额定电压36V，符号

保护电阻R2,符号

R2

电磁开关，符号

蓄电池E，电压36V，内阻很小；开关S，导线若干。

【08ft东卷】23.（12分）2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”救应的物理学家。

材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应

可以测量磁感应强度。

若图l为某磁敏电阻在室温下的电阻一磁感应强度特性曲线，其中RB,R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。

为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。

请按要求完成下列实验。

（1）设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图2的虚线框内画出实验电路原理图（磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.0T，不考虑磁场对电路其它部分的影响）。

要求误差较小。

提供的器材如下：

A.磁敏电阻，无磁场时阻值Ro=150Ω

参考答案

二、题型分类

例2．

（1）R1=R3

R2R4

（2）R1、R4增大，R2、R3减小

（3）A高例3．A例4．0.15

三、巩固练习

1．AC

2．AB

3．BC

4．声音；声音；电

5．BD

6．AC

7．B