傳感器及其工作原理VIP

第六章第六章 傳感器傳感器 第一節(jié)第一節(jié) 傳感器及其工作原理傳感器及其工作原理 學習目標學習目標 1 知道什么是傳感器 理解各類傳感器的工作原理 2 知道光敏電阻特點及作用 3 掌握熱敏電阻和金屬電阻的特點及區(qū)別 4 理解霍爾元件的原理及作用 5 會用得各類元件 熱敏電阻 光敏電阻 霍爾元件等 設計簡單的控制電路 課本導讀課本導讀 一 一 傳感器傳感器 1 干簧管結構 它只是玻璃管內(nèi)封入的的兩個 制成的簧片 作用 在電路中起到 的作用 它是一種能夠 的傳感 器 2 傳感器 作用 它是能夠把易感受的力 溫度 光 聲 化學成分等 按照一 定的規(guī)律轉換為容易進行測量 傳輸 處理和控制的電壓 電流等 或 轉換為 的一類元件 分類 常見的傳感器有色標傳感器 溫度傳感器 電容式位移傳 感器 電感式位移傳感器等等 二 二 光敏電阻光敏電阻 1 構造及特點 光敏電阻是用 制成的 硫化鎘就是一種 其特點是電阻率隨光照強度的增大而 原因是 無光照射 載流子 導電性 2 作用 光敏電阻能夠把 轉化為 三 三 熱敏電阻和金屬熱電阻熱敏電阻和金屬熱電阻 1 熱電阻 金屬的電阻率隨溫度的升高而 用多金屬做成的傳 感器稱為熱電阻 其特點是 測溫范圍 但 較差 2 熱敏電阻 半導體材料的導電能力隨溫度升高而 電阻率隨 溫度升高而 用 做成的傳感器稱為熱敏電阻 熱敏電阻 也可以用 制成 其特點是靈敏度 3 二者的作用 二者都能把 轉化為 四 四 霍爾元件霍爾元件 1 構造 如圖 6 1 1 所示 在很小的矩形 薄片上 制作四 個電極 就成為一個霍爾元件 2 霍爾電壓 形成過程 表達式 UH 式中 d 為 k 為 其大小與 有關 3 作用 用霍爾元件能夠把 轉換為 典型例題典型例題 例例 1 如圖 6 1 2 所示 將萬用表的選擇開關置于 歐姆檔 再將電表的兩支表筆與負溫度系數(shù)的熱敏電阻 Rt的 兩端相連 這時表針恰好指在刻度盤的正中間 若往 Rt上擦一 些酒精 表針將向 填 左 或 右 移動 若用吹 風機將熱風吹向電阻 表針將向 填 左 或 右 移 動 解析解析 若往 Rt上擦一些酒精 由于酒精蒸發(fā)吸熱 熱敏電阻 Rt溫度降低 電阻值 增大 所以電流減少 指針應該向左偏 用吹風機將熱風吹向電阻 電阻 Rt溫度升高 電阻值減少 電流增大 指針向右偏 答案答案 左 右 圖 6 1 1 圖 6 1 2 特別提示特別提示 1 熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化 阻值隨溫度的升高而增大 的我們稱之為正溫度系數(shù)熱敏電阻 PTC 阻值隨溫度的升高而減小的我們稱之為負溫度 系數(shù)熱敏電阻 NTC 2 歐姆表的表盤刻度最右側為 0 最左側為最大值 例例 2 如圖 6 1 3 所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖 其中 R1為光敏電阻 R2為定值電阻 此光電計數(shù)器的基本工作原理是 A 當有光照射 R1時 信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 B 當有光照射 R1時 信號處理系統(tǒng)獲得低電壓 C 信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次 D 信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次 解析解析 當光照射到光敏電 阻 R1上時 R1電阻減小 電路 中電流增大 R2兩端電壓升高 信號處理系統(tǒng)得到高電壓 計數(shù)器每由高電壓轉到低電壓 就計一個數(shù) 從而達到自動 計數(shù)目的 由以上分析選項 A C 正確 特別提示特別提示 光敏電阻的阻值隨光照強度的增大而減小 達標測試達標測試 1 下列說法正確的是 A 傳感器擔負著信息采集的任務 B 干簧管是一種磁傳感器 C 傳感器不是電視搖控接收器的主要元件 D 傳感器是力 溫度 光 聲 化學成分轉換為電 信號的主要工具 圖 6 1 4 圖 6 1 3 2 如圖 6 1 4 為電阻 R 隨溫度 T 變化的圖線 下列說法中正確的是 A 圖線 1 是熱敏電阻的圖線 它是用金屬材料制成的 B 圖線 2 是熱敏電阻的圖線 它是用半導體材料制成的 C 圖線 1 的材料化學穩(wěn)定性好 測溫范圍大 靈敏度高 D 圖線 2 的材料化學穩(wěn)定性差 測溫范圍小 靈敏度高 3 用多用電表的同一檔位測量熱敏電阻和光敏電阻的阻值時 下列說法正確的 是 A 測熱敏電阻時 溫度越高 多用電表指針偏角越大 B 測熱敏電阻時 溫度越高 多用電表指針偏角越小 C 測光敏電阻時 光照越弱 多用電表指針偏角越大 D 測光敏電阻時 光照越弱 多用電表指針偏角越小 4 利用半導體材料可制成哪些電子元件 A 熱敏電阻 B 光敏電阻 C 晶體管 D 標準電阻 5 如圖 6 1 5 所示 某半導體熱敏電阻的 I U 圖線可能是 6 金屬鉑的電阻值對溫度高低非常敏感 圖 6 1 6 中可能表示金屬鉑電阻的 U I 圖線是 圖 6 1 5 圖 6 1 6 7 下列說法正確的是 A 金屬導體的電阻率隨溫度增加而減小 B 半導體的電阻率隨溫度增加而增大 C 用半導體制成的熱敏電阻 可以作為測溫元件 D 用半導體制成的光敏電阻 可以起到開關的作用 8 關于熱敏電阻以下說法中正確的是 A 熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大 B 熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小 C 熱敏電阻的阻值隨溫度變化而均勻變化 D 熱敏電阻可以用金屬氧化物制作 9 一般光敏電阻的阻值隨入射光強度的增加而 由于它對光照較敏 感 所以可以作 傳感器 10 在自動恒溫裝置中 某半導體材料的電阻率隨溫度的變化如圖 6 1 7 所示 這種材料具有發(fā)熱和控溫雙重功能 回答下列問 題 1 通電后 其電功率 A 先增大后減小 B 先減小后增大 C 一直不變 D 無法確定 1 光其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時 溫度保持在 A t1 圖 6 1 7 B t2 C t1至 t2的某一值上 D 大于 t2的某一值上 11 按圖 6 1 8 連接好電路 合上 S 發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮 原因是 用電吹風對熱敏電阻吹 一會 會發(fā)現(xiàn)小燈泡 原因是 停止吹風 會發(fā)現(xiàn) 把熱敏電阻放入冷水中會發(fā)現(xiàn) 12 試推導霍爾電壓的表達式 UB kIN d 拓展提高拓展提高 思維升華思維升華 在理解材料上講授的常見傳感器工作原理的基礎上 科學運用知識的正遷移 會分 析新的傳感器的工作原理 分析它們?nèi)绾螌崿F(xiàn)把非電學量轉換為電學量的 綜合實踐與創(chuàng)新綜合實踐與創(chuàng)新 1 隨著生活質量的提高 自動干手機已經(jīng)進入家庭 洗手后 將濕手靠近自 動干手機 機內(nèi)的傳感器便驅動電熱器加熱 有熱空氣從機內(nèi)噴出 將濕手烘干 手靠 近自動干手機能使傳感器工作 是因為 A 改變了濕度 B 改變了溫度 C 改變了磁場 D 改變了電容 2 2000 年全國理綜 如圖 6 1 9 所示 厚度為 h 寬度為 d 的導體板放在垂直 于它的磁感強度為 B 的均勻磁場中 當電流通過導體板時 在導體板的上側面 A 和下側 面 A 之間會產(chǎn)生電勢差 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應 實驗表明 當磁場不太強時 電勢差 U 電流 I 和 B 的關系為 U KIB d 式中比例系數(shù) K 稱為霍爾系數(shù) 圖 6 1 8 圖 6 1 9 霍爾效應可解釋如下 外部磁場的洛倫茲力使運動的電子聚集在導體板的一側 在 導體板的另一側會出現(xiàn)多余的正電荷 從而形成橫向電場 橫向電場對電子施加與洛倫 茲力方向相反的靜電力 當靜電力與洛倫茲力達到平衡時 導體板上下兩側之間就會形 成穩(wěn)定的電勢差 設電流 I 是由電子的定向流動形成的 電子的平均定向速度為 v 電量為 e 回答 下列問題 1 達到穩(wěn)定狀態(tài)時 導體板上側面 A 的電勢 下側面 A 的電勢 填高于 低于或等于 2 電子所受的洛倫茲力的大小為 3 當導體板上下兩側之間的電勢差為 U 時 電子所受靜電力的大小 為 4 當靜電力和洛倫茲力平衡的條件 證明霍爾系統(tǒng)為 k 1 ne 其中 n 代表導體板單位體積中電子的個數(shù) 第二節(jié)第二節(jié) 傳感器的應用 一 傳感器的應用 一 學習目標學習目標 1 了解傳感器應用的一般模式 2 理解應變式力傳感器的應用 電子秤的工作原理 3 理解聲傳感器的應用 話筒的工作原理 4 理解溫度傳感器的應用 電熨斗的工作原理 5 會用各類傳感器 力傳感器 聲傳感器 溫度傳感器等 設計簡單的控制電 路 課本導讀課本導讀 一 一 應變式力傳感器的應用應變式力傳感器的應用 電子秤電子秤 1 應變式力傳感器的構造 它是由 和 組成 應變片是一種 敏感元件 多用 制成 2 應變式力傳感器的工作原理如圖 6 2 1 所示 彈簧鋼制成的梁形元件右端 固定 在梁的上下表面各貼一個 在梁的自由端施力 F 則梁發(fā)生彎曲 上 表面 下表面 上表面應變片的電阻變 下表面的電 阻變 F 越大 彎曲形變 越 應變片的阻值變化就 越 如果讓應變片中通過 的電流保持恒定 則上面應變片兩端 的電壓變 下面應變片兩 端的電壓變 因此可得 外力越大 輸出的電壓差值也就越 3 應變力傳感器的作用 它能夠把 轉換成 二 聲傳感器的應用二 聲傳感器的應用 話筒話筒 1 話筒的作用 話筒是一種常見的聲傳感器 它能把 轉換為 2 動圈式話筒的構造 如圖 6 2 2 所示 及工作原理 它主要由 和 組成 其工作原理可簡述為 3 電容式話筒的構造 如圖 6 2 3 所示 及工作原理 它主要是由 和 組成的一個電容器 4 駐極體話筒的工作原理及特點 它的工作 原理與電容式話筒 但工作電壓不同 它只需 的電壓 而電容式話筒需 的電壓 它的特點有 圖 6 2 1 圖 6 2 2 圖 6 2 3 三 溫度傳感器的應用三 溫度傳感器的應用 電熨斗電熨斗 1 電熨斗的構造 如圖 6 2 4 所示 它主要由 彈性銅片 電熱絲 金屬底板等幾部分組成 2 電熨斗的工作原理 常溫下上 下觸點是 設定溫度時 通過調(diào)節(jié) 使彈性銅片下降 與彈性銅片相連接的上觸點與 接通 這樣電路接通 電 熱絲發(fā)熱產(chǎn)生熱量 溫度升高 可以 熨燙衣物 這時雙金屬片也由于受熱 而膨脹 但因雙金屬片上層金屬的膨脹系數(shù) 下層金屬 使雙金屬片向 彎曲 上下觸點脫離 電路斷開 由于電路斷開 電熱絲不再發(fā)熱 溫度降 低 雙金屬片恢復初態(tài) 電路又接通加熱 不難看出 雙金屬片溫度傳感器的作用就是 典型例題典型例題 例例 1 動圈式話筒和磁帶錄音機都應用了電磁感應現(xiàn)象 圖甲是話筒原理圖 圖乙是錄音機的錄音 放音原理圖 由圖 6 2 5 可知 A 話筒工作時磁鐵不動 線圈振動而產(chǎn)生感生電流 B 錄音機放音時變化的磁場在靜止的線圈產(chǎn)生感生電流 C 錄音機放音線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場 D 錄音機錄音時線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場 圖 6 2 4 解析解析 話筒的工作原理是 聲波迫使金屬線圈在磁鐵產(chǎn)生的 磁場中振動產(chǎn)生感應電流 A 正 確 錄音時 話筒產(chǎn)生的感應電 流經(jīng)放大電路放大后在錄音機磁 頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場 D 正 確 磁帶在放音時通過變化的磁 場使放音頭產(chǎn)生感應電流 經(jīng)放大電路后再送到揚聲器中 B 正確 答案答案 ABD 例例 2 一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件 合金絲電阻隨溫度 t 變化的關系如圖 6 2 6 中實線 所示 由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度 干濕等情況不同 熨斗的 散熱功率不同 因而熨斗的溫度可能會在較大范圍內(nèi)被動 易損壞衣物 有一種用主要成分為 BaTiO3 被稱為 PTC 的特殊材料作發(fā)熱元件的電熨斗 具 有升溫快 能自動控制溫度的特點 PTC 材料的電阻隨溫度變化的關系如圖中實線 所 示 根據(jù)圖線分析 1 為什么原處于冷態(tài)的 PTC 熨斗剛通電時比普遍電熨斗升溫快 2 通電一段時間后電熨斗溫度 t 自動地穩(wěn)定在 T t T 范圍之 內(nèi) 填下標數(shù)字 答案答案 1 冷態(tài)時 PTC 電阻很少 電功率很大 所以升溫快 2 6 7 自我測評自我測評 1 下列說法正確的是 A 應變式力傳感器可以測重力 也可以用來測牽引力 B 電子秤的核心元件是應變片 它多用金屬材料制成 是一種敏感元件 C 應變片能把力學量 物體形變轉換為電學量 電壓 圖 6 2 5 D 所有電子秤都應用了應變式力傳感器 2 關于話筒 下列說法正確的是 A 無論動圈式話筒 電容式話筒 還是駐極體話筒 作用相同都將聲波 力 學量轉換成了電壓 或電流 電學量 B 電容式話筒和駐極體話筒原理相同 都是聲波的變化引起電容變化 進而引 起輸出電壓的變化 C 動圈式話筒利用通電線圈在磁場中受安培力振動實現(xiàn)聲向電的轉化 D 因為駐極體話筒價格便宜 靈敏度高 會場大都用駐極體話筒 3 下列說法正確的 A 電熨斗能自動控制溫度主要利用了雙金屬片 兩片金屬的膨脹系數(shù)相同 B 常溫下 上下觸點是分享的 溫度過高時 雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點分 享 C 需要較高溫度熨燙時 要調(diào)節(jié)溫度旋鈕 使升降螺絲下移并推動彈性銅片下 移 D 電熨斗中的雙金屬片是一種半導體材料 4 為解決樓道的照明 在樓道內(nèi)安裝一個傳感器與電燈控制電路相接 當樓道 內(nèi)有人走動而發(fā)出聲響時 電燈即被接通電源而發(fā)光 這種傳感器為 它輸 入的是 信號 經(jīng)傳感器轉換后 輸出的是 信號 5 傳感器是一種采集信息的重要器件 圖 6 2 7 是由電容器作為傳感器來測 定壓力變化的電路 當待測壓力為 F 作用于可動膜片電極上時 以下說法中正確的 A 若 F 向上壓膜片電極 電路中有從 a 和 b 的電流 B 若 F 向上壓膜片電極 電路中有從 b 和 a 的電流 C 若 F 向上壓膜片電極 電路中不會出現(xiàn)電流 D 若電流表有示數(shù) 則說明壓力 F 發(fā)生 變化 6 1999 年 7 月 12 日 日本原子能公司所屬 敦賀灣電站由于水管破裂導致國徽冷卻劑外流 在檢測此重大事故中應用了非電量變化 冷卻劑 外泄使管中液面變化 轉換為電信號的自動化測圖 6 2 7 量技術 如圖 6 2 8 所示是一種測定導電液體深度的裝置 包著一層電介質的金屬棒 與導電液體形成一個電容器 電容量的變化能反映液面的升降情況 則下列敘述中正確 的是 A 電容增大反映 h 增大 B 電容增大反映 h 減少 C 將金屬棒間的電壓和導電液體分別接電源兩極再斷開后 液體深度變化時導電 液與金屬棒間的電壓增大反映 h 減小 D 將金屬棒和導電液體分別接電源兩極 再斷開后 液體深度變化時導電液與金屬棒間 的電壓增大反映 h 增大 7 2003 年高考上海綜合 卡拉 OK 用 的話筒 內(nèi)有傳感器 其中有一種是動圈式的 它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小 的金屬線圈 線圈處于永磁體的磁場中 當聲 波使膜片振動時 就將聲音信號轉換為電信號 下列說法正確的是 A 該傳感器是根據(jù)電流的磁效應工作的 B 該傳感器是根據(jù)電磁感應原理工作的 C 膜片振動時 穿過金屬線圈的磁通量不變 D 膜片振動時 金屬線圈中不會產(chǎn)生感應電動勢 8 如圖 6 2 9 所示 是一種測定角度變化的傳感器 當彼此絕緣的金屬構成的動 片和定片之間的角度 0 發(fā)生變化時 試分析傳感器是如何將這種變化轉化為電學量的 9 利用熱敏電阻 電磁繼電器 電鈴 學生電源 必要的導線 開關等 設計一個火災報警裝置 要求有 安全和報警兩種指示 拓展提高拓展提高 圖 6 2 8 圖 6 2 9 思維升華思維升華 通過分析傳感器的三個典型應用實例電子秤 話筒和電熨斗的工作原理 著重分析 它們?nèi)绾螌崿F(xiàn)非電學量向電學量的轉換 嘗試著進行簡單控制電路的設計 以達到學以 致用的目的 綜合實踐與創(chuàng)新綜合實踐與創(chuàng)新 1 2001 年上海 某學生為了測量一物體的質量 找到一個力電轉換器 該轉換器 的輸出電壓正比于受壓面的壓力 比例系數(shù)為 k 如圖所示 測量時先調(diào)節(jié)輸入的電壓 使轉換器空載時的輸出電壓為零 而后在其受壓面上放一物體 即可測得與物體的質量 成正比的輸出電壓 U 現(xiàn)有下列器材 力電轉換器 質量 m0的砝碼 電壓表 滑動變阻器 干電池各一個 開關及導線若干 待測物體 可置于力電轉換器的受壓面上 請在如圖所示的方框內(nèi)完成對該物體質量的測量 1 設計一個電路 要求力電轉換器的輸入電壓可調(diào) 并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍 盡可能大 在方框中畫出完整的測量電路圖 2 簡要說明測量步驟 示出比例系數(shù) k 并測出待測物體的質量 m0 請設想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題 第三節(jié)第三節(jié) 傳感器的應用 二 傳感器的應用 二 學習目標學習目標 1 理解溫度傳感器的應用 電飯鍋的結構及工作原理 2 了解溫度傳感器的應用 各種數(shù)字式測溫儀的特點及測溫元件 3 理解光傳感器的應用 機械式鼠標器的構造及工作原理 4 了解光傳感器的應用 火災報警器的構造及工作原理 5 會用各類傳感器 光傳感器 溫度傳感器等 設計簡單的控制電路 課本導讀課本導讀 一 一 溫度傳感器的應用溫度傳感器的應用 電飯鍋電飯鍋 1 電飯鍋的內(nèi)部結構 如圖 6 3 1 所示 電飯鍋主要由接線螺釘 觸點 轉軸 開關按鈕 彈簧 內(nèi)膽底等構 成 其中 為主要元件 它是用 和 混合燒結而成的 它的特點主要有 常溫下具有鐵磁性 能夠被磁體吸引 但是上升到 時 就失去 性 不能被磁體吸引了 該溫度在物 理學中稱為該材料的 或 2 電飯鍋的工作原理 二 二 溫度傳感器的應用溫度傳感器的應用 測量儀測量儀 1 測溫儀的原理 溫度傳感器要以把 轉換成 再由 指針式儀表或數(shù)字式儀表顯示出來 這就是指針式測溫儀和數(shù)字式測溫儀的原理 由于 電信號可以遠距離傳輸 所以應用溫度傳感器可以進行遠距離測溫 2 測溫元件 它可以是 利用該元件可以實現(xiàn)無 接觸測溫 三 三 光傳感器的應用光傳感器的應用 鼠標器鼠標器 1 機械式鼠標器的內(nèi)部結構 它由一個滾球 兩個滾軸 兩個 它的邊緣開有許多等間距的小齒 兩個 LED 還有兩 個 兩個光傳感器 等組成的 2 機械式鼠標器的工作原理 當鼠標器在桌面上移動時 滾球的運動通過 帶動兩個 轉動 紅外線接收管就收到的 輸出 相應的 計算機分別統(tǒng)計 x y 兩個方向的脈沖信號 處理后就使屏幕上的 光標產(chǎn)生相應的 四 四 光傳感器的應用光傳感器的應用 煙霧散射式火災報警器煙霧散射式火災報警器 1 煙霧散射火災報警器的構造 帶孔的罩子內(nèi)裝有 圖 6 3 1 和不透明的檔板 2 煙霧散射式火災報警器的工作原理 平時 收不到 LED 發(fā)出的 光 呈現(xiàn) 狀態(tài) 煙霧進入罩內(nèi)后對光有 作用 使部分光線照 射到 其電阻變 與傳感器連接的電路檢測發(fā)出這種變化 就會發(fā)出警報 典型例題典型例題 例例 1 如圖 6 3 2 是電飯煲的電路圖 S1是一個控溫開關 手動閉合后 當 此開關溫度達到居里點 103 時 會自動 斷開 S2是一個自動控控溫開關 當溫度低于 70 時 會自動閉合 溫度高于 80 時會自 動斷開 紅燈是加熱時的指示燈 黃燈是保溫 時的指示燈 分流電阻 R1 R2 500 加熱 電阻絲 R3 50 兩燈電阻不計 1 分析電飯煲的工作原理 2 計算加熱和保溫兩種狀態(tài)下 電飯煲消耗的電功率之比 3 簡要回答 如果不閉合開關 S1 能將飯煮熟嗎 解析解析 1 電飯煲盛上食物后 接上電源 S2自動閉合 同時手動閉合 S1 這時 黃燈短路 紅燈亮 電飯煲處于加熱狀態(tài) 加熱到 80 S2自動斷開 S1仍閉合 水燒 開后 溫度升高到 103 時 開關 S1自動斷開 這時飯已經(jīng)煮熟 黃燈亮 電飯煲處于 保溫狀態(tài) 由于散熱 待溫度將至 70 時 S2自動閉合 電飯煲重新加熱 溫度達到 80 時 S2又自動斷開 再次處于保溫狀態(tài) 2 加熱時電飯煲消耗的電功率 P1 U2 R并 保溫時電飯煲消耗的功率 P2 圖 6 3 2 兩式中 2 1 U RR并 21 21 500 11 R R R RR 并 從而有 1 2 1 12 1 RRP PR 并 并 3 如果不閉合開關 S1 開始 S2總是閉合的 R1被短路 功率為 P1 當溫度 上升到 80 時 S2自動斷開 功率降為 P2 溫度降到 70 S2自動閉 合 溫度只能在 70 80 之間變化 不能把水燒開 不能煮熟 飯 例例 2 如圖 6 3 3 所示為實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的示意圖 A 為光源 B 為光電接收器 A B 均固定在小車上 C 為小車的車輪 車輪轉動時 A 發(fā)出的光束通過旋轉齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號 被 B 接收并轉換成電信號 由 電路記錄和顯示 若實驗顯示單位時間的脈沖數(shù) n 累積脈沖數(shù)為 N 則要測出小車的 速度和行程還必須測量的物理數(shù)據(jù)是 小車速度的表達式為 V 行程的表達式為 s 解析解析 小車的速度等于車輪的周長與單位時間內(nèi)車 輪轉動圈數(shù)的乘積 設車輪的半徑為 R 單位時間內(nèi)車輪 轉動圈數(shù)為 k 則有 V 2 Rk 若齒輪的齒數(shù)為 P 則齒輪轉一圈 電子電路顯示的 脈沖數(shù)即為 P 已經(jīng)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)為 n 所以單位 時間內(nèi)齒輪轉動圈數(shù)為 n P 由于齒輪與車輪同軸相連 他們在單位時間內(nèi)轉動圈數(shù)相 等 即 k n P 由以上兩式可得 v 2 Rn P 同理 設車輪轉動的累積圈數(shù)為 k 則有 s 2 Rk 且 k N P 所以 s 2 RN P 可見 要測小車的速度 v 和行程 s 必需測出單位時間的脈沖數(shù) n 和累積脈沖數(shù) N 車輪半徑 R 和齒輪的齒數(shù) P 答案答案 車輪的半徑 R 和齒輪的齒數(shù) P 2 Rn P 2 RN P 自我測評自我測評 圖 6 3 3 1 下述儀器或裝置用到傳感器的有 A 自動報警器 B 電子秤 C 電視搖控器 D 紅外線探測儀 2 試說明下列各種場合分別選用怎樣的傳感器 1 普通電冰箱中的自動溫度控制電路 2 馬路兩側的路燈控制電路 3 氣墊導軌上用的光電門 4 樓梯燈控制電路 5 賓館的自動門 6 話筒 7 非接觸式體溫計 8 搖控電視機的接收器 3 關于電飯鍋 下列說法正確的是 A 電飯鍋中的傳感器磁體是一種半導體材料 B 開始煮飯時 壓下開關按鈕的原因是克服彈簧的彈力使永磁體一端上升 上 下觸點接觸接通電路 C 用電飯鍋煮米飯 飯熟后水分被大米吸收 鍋底的溫度會升高 當升高到 居里溫度 時 電飯鍋會自動斷電 D 用電飯鍋燒水 水沸騰后也可以自動斷電 4 下列說法中正確的是 A 機械式鼠標器中光傳感器就是兩個紅外接收管 它的作用就是光信號 紅外 線脈沖 轉換成電信號 電脈沖 B 機械式鼠標器中光傳感器是由兩個滾軸 兩個碼盤 兩個紅外線發(fā)射管 LED 和兩個紅外接收管組成的 C 火災報警器中光傳感器是光電三極管 它的作用也是把光信號轉換成電信號 D 火災報警器是利用煙霧對光的散射作用來工作的 5 2003 年高考上海綜合 用搖控器調(diào)換電視機頻道的過程 實際上就是傳感器把 光信號轉換成電信號的過程 下列屬于這類傳感器的是 A 紅外報警裝置 B 走廊照明燈的聲控開關 C 自動洗衣機中的壓力傳感裝置 D 電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器 6 計算機光驅的主要部分是激光頭 它可以發(fā)射脈沖激光信號 激光掃描光盤信息 時 激光頭利用光敏光陰自動計數(shù)器將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng) 再通 過計算機顯示出相應信息 光敏 電阻自動計數(shù)器的示意圖如圖 6 3 4 所示 其中 R1為光敏電 阻 R2為定值電阻 此光電計數(shù) 器的基本工作原理是 A 當有光照射 R1時 處理 系統(tǒng)獲得高電壓 B 當有光照射 R2時 處理系統(tǒng)獲得低電壓 C 信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次 D 信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓 就計數(shù)一次 7 如圖 6 3 5 是一火警報警裝置 的一部分電路示意圖 其中 R2 為用半導 體熱敏材料制成的傳感器 電流表為值班 室的顯示器 a b 之間接報警器 當傳感 R2所在處出現(xiàn)火情時 顯示器的電流 I 報警器兩端的電壓 U 的變化情況是 A I 變大 U 變小 B I 變小 U 變小 C I 變小 U 變大 D I 變大 U 變小 8 2003 高考上海綜合 傳感器可將非電學量轉 換為電學量 起自動控制作用 如計算機鼠標中有位 移傳感器 電熨斗 電飯煲中有溫度傳感器 電機機 圖 6 3 4 圖 6 3 5 圖 6 3 4 錄像機 影碟機 空調(diào)機中有光傳感器 演示位移傳感器的工作原理如圖 6 3 4 所 示 物體 M 在導軌上平移時 帶動滑動變阻器的金屬滑桿 P 通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)來 反映物體位移的大小 X 假設電壓表是理想的 則下列說法正確的是 A 物體 M 運動時 電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化 B 物體 M 運動時 電壓表的示數(shù)為發(fā)生變化 C 物體 M 不動時 電路中沒有電流 D 物體 M 不動時 電壓表沒有示數(shù) 9 如圖 6 3 5 所示電路 R3是光敏電阻 光開關 S 閉合后 在沒有光照射時 a b 兩點等電熱 當用光照射電阻 R3時 則 A R3的電阻變小 a 點的電勢高于 b 點電勢 B R3的電阻變小 a 點的電勢低于 b 點電勢 C R3的電阻變大 a 點的電勢高于 b 點 電勢 D R3的電阻變大 a 點的電勢低于 b 點 電勢 10 電飯鍋的原理如圖 6 3 6 所示 煮飯時開關 S 是閉合的 紅色指示燈亮 飯 熟后 當時的溫度大約為 103 保護開關 S 自動斷開 黃燈亮 1 電阻 R1的作用是 保護紅色指示燈不致因電流 過大而燒毀 與電飯鍋發(fā)熱 板的等效電阻相比 二者大 小應有什么關系 為什么 通常情況下用這種電飯鍋燒水時它的自動斷電功能能不能起作用 為什么 圖 6 3 5 圖 6 3 6 拓展提高拓展提高 思維升華思維升華 通過分析傳感器的四個典型應用實例電飯鍋 測溫儀 鼠標器和火災報警器的工作 原理 著重分析它們?nèi)绾螌崿F(xiàn)非電學量向電學量的轉換 嘗試著進行簡單電路的設計 以達到學以致用的目的 綜合實踐與創(chuàng)新綜合實踐與創(chuàng)新 1 生活 中 經(jīng)常用到用 光控制電路的情 況 例如路燈的 控制開關 傍晚 時等光暗到一定 程度 路燈會自 動點亮 清晨時光亮到一定程度 路燈自動熄滅 下面是光敏電阻 兩個電源 帶放大 器 放大器內(nèi)有電源 圖中沒有表示出來 的斷電器和燈的示意圖 見圖 6 3 7 繼 電器的線圈 A 繞在軟鐵芯上 并且跟放大器的輸出端 c d 相連 a b 是放大器的作用 是 當輸入端回路中電流發(fā)生較小變化時 輸出端回路中電流發(fā)生較大的變化 當線圈 A 產(chǎn)生的磁場足夠強時 就會克服彈簧 K 的彈力將銜鐵 c 吸下 觸頭 D 斷開 觸頭 B 接 通 當輸入端回路中電流變化較小時 線圈 A 產(chǎn)生的磁場不足以吸住銜鐵 C 則觸頭 B 斷開 觸頭 D 接通 1 連接實物圖 使得光強時燈滅 光弱時燈亮 2 簡要說明此電路的工作原理 第四節(jié)第四節(jié) 傳感器的應用實例傳感器的應用實例 四 四 學習目標學習目標 1 掌握光控開關電了路的工作原理 2 掌握溫度報警器電路的工作原理 圖 6 3 7 課本導讀課本導讀 1 在邏輯電路中 常把電勢的高低叫做電平的高低 輸出低電平 的意思是 輸出端處于 電勢的狀態(tài) 2 斯密特觸發(fā)器是具有 功能的非門 常用符號 表 示 3 當加在斯密特觸發(fā)器的輸入端 A 的電壓逐漸上升到某個值 1 6v 時 輸出 端 Y 會突然從 電平跳到 電平 0 25V 而當輸入端 A 的 電壓下降到另一個值時侯 0 8V 輸出 Y 從 電平跳到 電 平 3 4V 4 斯密特觸發(fā)器可以將 變化的模擬信號轉換為 變的數(shù) 字信號 典例分析典例分析 現(xiàn)有熱敏電阻 電路絲 電源 電磁繼電器 滑動變阻器 開關和若干導線 如圖 6 4 1 所示 試設計一個控溫 電路 要求溫度低 于某一溫度時 電路絲自動通電 供熱 超過某一 溫度時 又自動 斷電 畫出電路 圖說明工作原理 解析解析 發(fā)熱敏電阻 R1與滑動變阻器及電磁繼電器構成低壓控制電路 答案答案 1 電路圖如圖 6 4 2 所示 圖 6 4 1 2 工作過程 閉合 S 當溫度低于設計值時 熱敏電阻阻值大 通過電磁繼電器 電流不能使它工作 K 接通電爐絲加熱 當溫度達到設計值時 熱敏電阻減小到某值 通過電磁繼電器的電流達到工作電流 K 斷開 電爐絲斷電 停止加熱 當溫度低于設 計值 又重復前述過程 自我評測自我評測 1 如圖 6 4 3 所示的電路為一個邏輯電平檢測器 使用時 將檢測器的輸入 端 A 接到被測點 當被檢測點為高電平時 發(fā)光二極管就會導通發(fā)光 當被檢測點為低 電平時 發(fā)光二極管就不會發(fā)光 試說明為什么 2 圖 6 4 3 是一個為警報器裝 置的邏輯電路圖 是一個熱敏電阻 低溫 時電阻值很大 高溫時電阻值很小 R 是 一個阻值較小的分壓電阻 1 要做到低溫時電鈴不響 出現(xiàn)為災時產(chǎn)生高溫 電鈴響起 在圖中虛線處 畫出接入的斯密特觸發(fā)器 2 為什么在高溫時電鈴會響起 3 為了提高電路的靈敏度 即將報警溫度調(diào)的低些 那么 R 的值應該大一 些還是小一些 拓展提高拓展提高 思維升華思維升華 圖 6 4 2 圖 6 4 3 熱敏電阻 光敏電阻起都是由半導體材料制成的 分別隨著溫度的增大 光線的增 強 它們里面的自由電子數(shù)均增多 故電阻均變 小 相反 隨著溫度的減小 光度的減弱 電阻均 變大 綜合實踐與創(chuàng)新綜合實踐與創(chuàng)新 1 如圖 6 4 4 所示的光控電路中 1 試說明該電路的工作原理 2 為什么要用繼電器來啟閉另外的供電電 路 3 為什么必須給繼電器并聯(lián)一只二極管 2 在綜合實踐與創(chuàng)新 1 中 使二極管發(fā)光和繼電器動作的電流是怎樣形成通路的 課時課時 1 傳感器及其工作原理傳感器及其工作原理 課本導讀 一 1 軟磁性材料 開關 感知磁場 2 非電學量 電學量 電路的通斷 力傳感 器 二 1 半導體材料 半導體材料 減少 極少 不好 增多 變好 2 光照強弱這 個光學量 電阻這個電學量 三 1 增大 化學穩(wěn)定性好 大 靈敏度 2 增強 明顯減小 半導體材料 金屬 氧化物 較高 3 溫度這個熱學量 四 1 半導體 2 如圖題圖 6 1 在 E F 間通入恒定的電流 I 同時外加與薄片垂直的磁場 B 則 薄片中的截流子就在洛倫茲力的作用下 向著與電流和磁場都垂直的方向漂移 使 M N 間出現(xiàn)了電壓 稱為霍爾電壓 UH 推導略 薄片的厚度 霍爾系數(shù) 薄片的材料 IB k d 3 磁場感應強度 電壓這個電學量 達標測試 1 ABD 2 BD 3 AD 4 ABC 5 B 6 B 7 CD 8 BD 9 減小 光電 10 1 A 2 C 11 由于熱敏電阻阻值較大 左側電路電流較小 電磁 鐵磁性較弱吸不住銜鐵 逐漸變亮電吹風對熱敏電阻加熱使其阻值變小 電路中電流增大 電磁鐵吸住銜鐵 小燈泡不會立即熄滅 熱敏電阻溫度仍然較高 小燈泡熄滅 12 參見 拓展提高第 2 圖 擴展提高 1 D 2 1 低于 2 eU h evB 4 電子受到橫向靜電力橫向靜電力與洛倫茲力與洛倫茲 力的作用 兩力平衡 有 eU h evB 由上式 得 U hvB 1 圖 6 4 4 通過導體的電流密度 I neV d h 有 U kIB d 有 hvB k neVB d h d 得 k I ne 課時課時 2 傳感器的應用傳感器的應用 課本導讀 一 1 金屬梁 應變片 半導體材料 2 應變片 拉伸 壓縮 大 小 大 大 大 小 大 3 物體形變這個力學量 電壓這個電學量 二 1 聲信號 電信號 2 永久磁體 膜片 線圈 當聲波使膜片振動時 在彈性膜 片后面粘接的一個輕小的金屬線圈隨之振動 線圈處于永磁體的磁場中產(chǎn)生與聲音變化規(guī) 律相同的感應電流 這樣就將聲音信號轉化為電信號 3 絕緣支架 薄金屬膜 固定電極 保真度 當聲波使膜片振動時 電容發(fā)生變化 電路中形成變化的電流 于是電阻 R 兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的感應電流 這樣 就將聲音信號轉化為電信號 4 類似 3 6V 250V 體積小 重量輕 價格便宜 靈敏度高 三 1 調(diào)溫旋鈕 升降螺絲 絕緣支架 觸點 雙金屬片 2 分離的 調(diào)溫旋鈕 下觸點 大于 下 控制電路的通斷 達標測試 1 AC 2 AB 3 BC 4 聲 聲 電 5 BD 6 AC 7 B 8 夾角 的變 化 引起電容器的變化 若電容器始終與電源相接 即電壓一定時 電容器在角度 變化 時 就會充或放電 產(chǎn)生電流 這樣就將這種變化轉化為電學量 9 如圖所示 擴展提高 1 1 設計的電路圖如圖所示 2 測量的步驟與結果 調(diào)節(jié)滑動變阻器 使轉換器的輸出電壓為零 將砝碼放在轉換器上 記下輸出電壓 UO 將待測物放在轉換器上 記下輸出電壓 U 由 UO kmog 得 k UO mog 測得 U kmg 所以 m moU UO 3 因