《传感器的应用》教学设计.docx

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《传感器的应用》教学设计

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学习目标

1．

　　了解传感器应用的一般模式

2．

　　理解应变式力传感器的应用――电子秤的工作原理

3．

　　理解声传感器的应用――话筒的工作原理

4．

　　理解温度传感器的应用――电熨斗的工作原理

5．

　　会用各类传感器（力传感器、声传感器、温度传感器等）设计简单的控制电路

自主、合作构建知识

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．

图1（略）

应变式力传感器的工作原理如图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＿＿＿＿＿．

图2（略）

2．动圈式话筒的构造（如图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3所示）及工作原理：

它主要是由＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、和＿＿＿＿＿组成的一个电容器．

图3（略）

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4所示）：

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

图4（略）

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＿＿＿＿＿．

应用归纳

【例1】　动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图甲是话筒原理图，图乙是录音机的录音、放音原理图，由图5可知

A．

　　话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感生电流

B．

　　录音机放音时变化的磁场在静止的线圈产生感生电流

c．

　　录音机放音线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场

D．

　　录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场

图5（略）

【解析】话筒的工作原理是，声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流．A正确．录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场，D正确．磁带在放音时通过变化的磁场使放音头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，B正确

【答案】　ABD

【例2】　一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图6－2－6中实线①所示．由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内被动，易损坏衣物．

有一种用主要成分为BaTio3被称为“PTc”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快，能自动控制温度的特点．PTc材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示．根据图线分析：

（1）

　　为什么原处于冷态的PTc熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温快？

（2）

　　通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在T＿＿＿＿＜t＜T＿＿＿＿范围之内．（填下标数字）

【答案】

（1）冷态时PTc电阻很少，电功率很大，所以升温快．

（2）6　　7

自我测评

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

图7（略）

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

图8（略）

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．（XX年高考上海综合）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

实践、创新

1．（XX年上海）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）．

请在如图所示的方框内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，示出比例系数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．

2．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．