傳感器的應(yīng)用1實(shí)用教案

1、2、話(huà)筒、話(huà)筒(hutng)聲聲電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)(dinc-gnyng) 電流電流動(dòng)圈式話(huà)筒構(gòu)造原理圖，它是動(dòng)圈式話(huà)筒構(gòu)造原理圖，它是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的，當(dāng)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的，當(dāng)聲波使金屬膜片振動(dòng)時(shí)，連接聲波使金屬膜片振動(dòng)時(shí)，連接在膜片上的線圈（叫做音圈）在膜片上的線圈（叫做音圈）隨著一起振動(dòng)，音圈在永久磁隨著一起振動(dòng)，音圈在永久磁鐵的磁場(chǎng)里振動(dòng)，其中就產(chǎn)生鐵的磁場(chǎng)里振動(dòng)，其中就產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號(hào)），感應(yīng)電感應(yīng)電流（電信號(hào)），感應(yīng)電流的大小和方向都變化，變化流的大小和方向都變化，變化的振幅和頻率由聲波決定的振幅和頻率由聲波決定(judng)，這個(gè)信號(hào)電流經(jīng)擴(kuò)，這個(gè)信號(hào)電流經(jīng)擴(kuò)音器放大

2、后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音聲器中就發(fā)出放大的聲音 第1頁(yè)/共27頁(yè)第一頁(yè)，共28頁(yè)。電容式話(huà)筒電容式話(huà)筒(hutng)：聲聲電容變化電容變化(binhu)電流、電流、電壓電壓第2頁(yè)/共27頁(yè)第二頁(yè)，共28頁(yè)。3、實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)(shyn)：傳感器傳感器溫度溫度(wnd)控制電路控制電路通斷通斷第3頁(yè)/共27頁(yè)第三頁(yè)，共28頁(yè)。原因原因(yunyn)：雙金：雙金屬片屬片銅的膨脹系數(shù)銅的膨脹系數(shù)(png zhng xsh)大于鐵大于鐵第4頁(yè)/共27頁(yè)第四頁(yè)，共28頁(yè)。4.電慰斗電慰斗雙金屬片溫度傳感器的作用雙金屬片溫度傳感器的作用(zuyng):(zuyng):

3、控制電路的通斷控制電路的通斷. .P63P63思考思考(sko)(sko)與討論與討論第5頁(yè)/共27頁(yè)第五頁(yè)，共28頁(yè)。5、火災(zāi)、火災(zāi)(huzi)報(bào)警器報(bào)警器光光電流電流(dinli)變化變化控制電路通斷控制電路通斷非電學(xué)量非電學(xué)量傳感器傳感器電學(xué)量電學(xué)量控制電路通斷控制電路通斷第6頁(yè)/共27頁(yè)第六頁(yè)，共28頁(yè)。一、傳感器一、傳感器（1 1）什么是傳感器？）什么是傳感器？ 傳感器是指這樣一類(lèi)元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非傳感器是指這樣一類(lèi)元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定電學(xué)量，并把它們按照一定(ydng)(ydng)的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓

4、、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。為電路的通斷。（2 2）傳感器的作用是什么？）傳感器的作用是什么？ 傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地測(cè)傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地測(cè)量、傳輸、處理和控制。量、傳輸、處理和控制。第7頁(yè)/共27頁(yè)第七頁(yè)，共28頁(yè)。 非電學(xué)量非電學(xué)量傳感器傳感器電學(xué)量電學(xué)量 角度角度位移位移速度速度壓力壓力溫度溫度濕度濕度聲強(qiáng)聲強(qiáng)光照光照 傳感器傳感器電壓電壓電流電流電阻電阻電容電容第8頁(yè)/共27頁(yè)第八頁(yè)，共28頁(yè)。1.X敏電阻敏電阻（1）光敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成，電阻

5、值隨光照）光敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成，電阻值隨光照增強(qiáng)而減小，能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)增強(qiáng)而減小，能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)(gungxu)量量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。它就象人的眼睛，可以看轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。它就象人的眼睛，可以看到光線的強(qiáng)弱。到光線的強(qiáng)弱。二、常見(jiàn)二、常見(jiàn)(chn jin)的傳感器元件：的傳感器元件：（2）熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料(cilio)制成，電阻隨溫度升高而減小，溫度特性曲線如圖.其它如：磁敏電阻、聲敏電阻、壓敏電阻、濕敏電阻等。第9頁(yè)/共27頁(yè)第九頁(yè)，共28頁(yè)。3.電容式位移傳感器：能夠把物體的位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換(zhunhun)為電容這個(gè)電學(xué)量。4.霍爾元件：能夠把磁感

6、強(qiáng)度(qingd)這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。2.金屬熱電阻：金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器。 金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍(fnwi)大，但靈敏度較差；與金屬熱電阻相比，熱敏電阻的靈敏度較好。第10頁(yè)/共27頁(yè)第十頁(yè)，共28頁(yè)。三、傳感器的簡(jiǎn)單三、傳感器的簡(jiǎn)單(jindn)應(yīng)用應(yīng)用1、力電傳感器：力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號(hào)（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)（電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航(un xn do hn)系統(tǒng)及ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等。2

7、、熱電傳感器（溫度傳感器）：熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的升高(shn o)減小（與金屬熱電阻的特性相反）的原理制成的, 它能用把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。如各種家用電器(空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī)等)的溫度控制、火警報(bào)警器、恒溫箱等。 3、光電傳感器：光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管。路燈的控制、鼠標(biāo)器、光電計(jì)數(shù)器、煙霧報(bào)警器等都是利用了光電傳感器的原理。第11頁(yè)/共27頁(yè)第十一頁(yè)，共28頁(yè)。4、磁電傳感器霍爾元件(yunjin)的應(yīng)用霍爾元件(yunjin)：如圖所示，在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體薄片上，制作四個(gè)電極C、D、E、F，就制成為一個(gè)霍爾元件(yunjin)

8、。dIBkUH 霍爾電壓(diny)：其中k為比例系數(shù)，稱(chēng)為霍爾系數(shù)，其大小與薄片的材料有關(guān)。一個(gè)霍爾元件的厚度d、比例系數(shù)k為定值，再保持I恒定，則電壓UH的變化就與B成正比，因此，霍爾元件又稱(chēng)磁敏元件.UHBCDEFI霍爾元件能夠把磁感強(qiáng)度(磁學(xué)量)轉(zhuǎn)換為電壓(電學(xué)量)第12頁(yè)/共27頁(yè)第十二頁(yè)，共28頁(yè)。推導(dǎo)霍爾電壓推導(dǎo)霍爾電壓(diny)的公式的公式 設(shè)載流子的電荷量為設(shè)載流子的電荷量為q q，沿電流方向定向運(yùn)動(dòng)的平，沿電流方向定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為均速率為v v，單位體積內(nèi)自由移動(dòng)，單位體積內(nèi)自由移動(dòng)(ydng)(ydng)的載流子數(shù)為的載流子數(shù)為n n，垂直電，垂直電流方向?qū)w板的橫

9、向?qū)挾葹榱鞣较驅(qū)w板的橫向?qū)挾葹閍 a，則電流的微觀表達(dá)式為，則電流的微觀表達(dá)式為 載流子在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力載流子在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢(shì)差載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢(shì)差載流子受到的電場(chǎng)力為載流子受到的電場(chǎng)力為 當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡，即當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡，即 由式得由式得 式中的式中的nqnq與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對(duì)于確定的導(dǎo)體，與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對(duì)于確定的導(dǎo)體，nqnq是常數(shù)。是常數(shù)。令令 則上式可寫(xiě)為則上式可寫(xiě)為 nqadvI aUqFHqvBf qvBaUqHnqdIBUHnqk1dIBkUH

10、第13頁(yè)/共27頁(yè)第十三頁(yè)，共28頁(yè)。例例1下列說(shuō)法正確下列說(shuō)法正確(zhngqu)的是的是 ( ) A話(huà)筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號(hào)話(huà)筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)B樓道里的燈只有天黑時(shí)出現(xiàn)聲音才亮，說(shuō)明它的樓道里的燈只有天黑時(shí)出現(xiàn)聲音才亮，說(shuō)明它的控制電路中只有聲傳感器控制電路中只有聲傳感器C電子秤所使用的測(cè)力裝置能將受到的壓力大小的電子秤所使用的測(cè)力裝置能將受到的壓力大小的信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)D光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量這個(gè)電學(xué)量C D第14頁(yè)/共27頁(yè)第十四頁(yè)，

11、共28頁(yè)。例2傳感器是把非電學(xué)量（如高度、溫度、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變化的一種元件，它在自動(dòng)控制中有著廣泛的應(yīng)用如圖是一種測(cè)定液面高度的電容式傳感器的示意圖金屬棒與導(dǎo)電液體構(gòu)成一個(gè)(y )電容器，將金屬棒和導(dǎo)電液體分別與直流電源的兩極相連接，從電容C和導(dǎo)電液與金屬棒間的電壓U的變化就能反映液面的升降情況，判斷正確的是（ ）A.電源接通后，電容C減小，反映h減小B. 電源接通后，電容C減小，反映h增大C.電源接通再斷開(kāi)后,電壓U減小,反映h減小D.電源接通再斷開(kāi)后,電壓U減小,反映h增大A D金屬棒金屬棒電介質(zhì)電介質(zhì)導(dǎo)電液導(dǎo)電液電介質(zhì)電介質(zhì)h第15頁(yè)/共27頁(yè)第十五頁(yè)，共28頁(yè)。例例3壓敏

12、電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖作原理如圖(a)所示將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣所示將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車(chē)上，中間小車(chē)上，中間(zhngjin)放置一個(gè)絕緣重球小車(chē)向右放置一個(gè)絕緣重球小車(chē)向右做直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電流表示數(shù)如圖做直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電流表示數(shù)如圖(b)所示下列判斷所示下列判斷正確的是正確的是 ( )A從從t1到到t2時(shí)間內(nèi)，小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)，小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)B從從t1到到t2時(shí)間內(nèi)，小車(chē)做加速度變大的直線

13、運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)，小車(chē)做加速度變大的直線運(yùn)動(dòng)C從從t2到到t3時(shí)間內(nèi)，小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)，小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)D從從t2到到t3時(shí)間內(nèi)，小車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)，小車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)A ER壓敏電阻壓敏電阻(a)tIOt1(b)t2t3B D第16頁(yè)/共27頁(yè)第十六頁(yè)，共28頁(yè)。例例3壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小。某實(shí)驗(yàn)壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小。某實(shí)驗(yàn)小組在升降機(jī)水平地面上利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷升降小組在升降機(jī)水平地面上利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷升降機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置。其工作原理圖如圖甲所示，將壓敏機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置。其工作原理圖如圖甲所示，將壓敏電阻、定值電阻電阻、定值電阻R、電

14、流顯示器、電源、電流顯示器、電源E連成電路，在壓連成電路，在壓敏電阻上放置一個(gè)絕緣重物。敏電阻上放置一個(gè)絕緣重物。0t1時(shí)間內(nèi)升降機(jī)停在某時(shí)間內(nèi)升降機(jī)停在某一樓層一樓層(lu cn)處，處，t1時(shí)刻升降機(jī)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，從電流時(shí)刻升降機(jī)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，從電流顯示器中得到電路中電流顯示器中得到電路中電流i 隨時(shí)隨時(shí)間間t變化情況如圖乙所示。變化情況如圖乙所示。甲電流顯示器升降器絕緣重物壓敏電阻R第17頁(yè)/共27頁(yè)第十七頁(yè)，共28頁(yè)。則下列判斷正確的是則下列判斷正確的是 ( )A t1 t2時(shí)間內(nèi)絕緣重物處于超重狀態(tài)時(shí)間內(nèi)絕緣重物處于超重狀態(tài)B t3 t4時(shí)間內(nèi)絕緣重物處于失重狀態(tài)時(shí)間內(nèi)絕緣重物處于失重狀態(tài)C

15、升降機(jī)開(kāi)始時(shí)可能停在升降機(jī)開(kāi)始時(shí)可能停在10樓，從樓，從t1時(shí)刻時(shí)刻(shk)開(kāi)始，開(kāi)始，經(jīng)向下加速、勻速、減速，最后停在經(jīng)向下加速、勻速、減速，最后停在1 樓樓D升降機(jī)開(kāi)始時(shí)可能停在升降機(jī)開(kāi)始時(shí)可能停在1樓，樓，從從t1時(shí)刻時(shí)刻(shk)開(kāi)始，經(jīng)向上加速、開(kāi)始，經(jīng)向上加速、勻速、減速，最后停在勻速、減速，最后停在10樓樓0t1t2t3ti乙t4解：壓力增大，壓敏電阻的阻值(z zh)減小，電流增大，所以t1 t2時(shí)間(shjin)內(nèi)處于失重狀態(tài)(加速下降或減速上升),t3 t4時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài)（減速下降或加速上升）,所以C正確。C第18頁(yè)/共27頁(yè)第十八頁(yè)，共28頁(yè)。例例4將如圖所示裝置安

16、裝在沿直軌道運(yùn)動(dòng)的火車(chē)車(chē)廂中，使將如圖所示裝置安裝在沿直軌道運(yùn)動(dòng)的火車(chē)車(chē)廂中，使桿沿軌道方向固定桿沿軌道方向固定, 就可以對(duì)火車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度進(jìn)行檢測(cè)。閉就可以對(duì)火車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度進(jìn)行檢測(cè)。閉合開(kāi)關(guān)合開(kāi)關(guān)S，當(dāng)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)(xtng)靜止時(shí)，穿在光滑絕緣桿上的小球靜止時(shí)，穿在光滑絕緣桿上的小球停在停在O點(diǎn)，固定在小球上的變阻器滑片停在變阻器點(diǎn)，固定在小球上的變阻器滑片停在變阻器BC的正中的正中央，此時(shí)央，此時(shí), 電壓表指針指在表盤(pán)刻度中央。當(dāng)火車(chē)在水平方向電壓表指針指在表盤(pán)刻度中央。當(dāng)火車(chē)在水平方向有加速度時(shí)有加速度時(shí), 小球在光滑絕緣桿上移動(dòng)，滑片小球在光滑絕緣桿上移動(dòng)，滑片P 隨之在變阻器隨之

17、在變阻器上移動(dòng)，電壓表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。已知，當(dāng)火車(chē)向左加速運(yùn)動(dòng)上移動(dòng)，電壓表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。已知，當(dāng)火車(chē)向左加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的指針向右偏。則時(shí)，電壓表的指針向右偏。則 ( ) A電壓表指針向左偏電壓表指針向左偏,說(shuō)明火車(chē)可能在向右做加速運(yùn)動(dòng)說(shuō)明火車(chē)可能在向右做加速運(yùn)動(dòng)B電壓表指針向右偏電壓表指針向右偏,說(shuō)明火車(chē)可能在向右做加速運(yùn)動(dòng)說(shuō)明火車(chē)可能在向右做加速運(yùn)動(dòng)C電壓表指針向左偏電壓表指針向左偏,說(shuō)明火車(chē)可說(shuō)明火車(chē)可 能在向右做減速運(yùn)動(dòng)能在向右做減速運(yùn)動(dòng)D電壓表指針向左偏電壓表指針向左偏,說(shuō)明火車(chē)可說(shuō)明火車(chē)可 能在向左做加速運(yùn)動(dòng)能在向左做加速運(yùn)動(dòng)OBCSVPA第19頁(yè)/共27頁(yè)第十九頁(yè)，共28頁(yè)。

18、09年山東卷23（2） 例5.為了節(jié)能(ji nn)和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所使用光控開(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開(kāi)頭可采用光敏電阻來(lái)控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件（照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx）。某光敏電阻Rp在不同照度下的阻值如下表： 根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)诮o定的坐標(biāo)系（見(jiàn)答題卡）中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說(shuō)明阻值隨照度變化的特點(diǎn)。 如圖所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時(shí)，控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單電路。給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0（lx）時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。（不考慮控制開(kāi)關(guān)對(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響）第20頁(yè)/共27頁(yè)第二十頁(yè)，共28頁(yè)。 提供的器材如下(rxi)： 光敏電阻Rp（符號(hào) ，阻值見(jiàn)上表） 直流電源E（電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻不計(jì)）； 定值電阻：R1=10k，R2=20k，R3=40k（限選其中之一并在圖中標(biāo)出） 開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干。如圖，阻值隨照度(zho d)增加而非線性減小。原理圖如下。 第21頁(yè)/共27頁(yè)第二十一頁(yè)，共28頁(yè)。傳感器的應(yīng)用傳感器的應(yīng)用(yngyng)模式模式容易容易(rngy)控控制制 容