第三節(jié)傳感器的應用(二)

1、第三節(jié) 傳感器的應用（二）學習目標1、理解溫度傳感器的應用一一電飯鍋的結構及工作原理2、了解溫度傳感器的應用一一各種數(shù)字式測溫儀的特點及測溫元件3、理解光傳感器的應用一一機械式鼠標器的構造及工作原理4、了解光傳感器的應用一一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 課本導讀一、溫度傳感器的應用一一電飯鍋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

2、度在物理學中稱為該材料的或2、普通電飯煲的結構：普通電飯煲主要由發(fā)熱盤、限溫器、保溫開關、杠桿開關、限流電 阻、指示燈、插座等組成。內(nèi)鍋就放在 發(fā)熱盤：這是電飯煲的主要發(fā)熱元件。這是一個內(nèi)嵌電發(fā)熱管的鋁合金圓盤，它上面，取下內(nèi)鍋就可以看見。 限溫器：又叫磁鋼。它的內(nèi)部裝有一個永久磁環(huán)和一個彈簧，可以按動，位置在發(fā)熱盤的中央。煮飯時，按下煮飯開關時，靠磁鋼的吸力帶動杠桿開關使電源觸點保持接通，當煮米飯時，鍋底的溫度不斷升高，永久磁環(huán)的吸力隨溫度的升高而減弱，當內(nèi)鍋里的水被蒸發(fā)掉，鍋底的溫度達到103±20C時，磁環(huán)的吸力小于其上的彈簧的彈力，限溫器被彈簧頂下，帶 動杠桿開關，切斷電源。

3、 保溫開關：又稱恒溫器。它是由一個彈簧片、一對常閉觸點、一對常開觸點、一個雙金屬片組成。煮飯時，鍋內(nèi)溫度升高，由于構成雙金屬片的兩片金屬片的熱伸縮率不同，結果使 雙金屬片向上彎曲。當溫度達到800C以上時，在向上彎曲的雙金屬片推動下，彈簧片帶動常開與常閉觸點進行轉換，從而切斷發(fā)熱管的電源，時，雙金屬片逐漸冷卻復原，常開與常閉觸點再次轉換， 反復，即達到保溫效果。 杠桿開關：該開關完全是機械結構，有一個常開觸點。 通電源，同時給加熱指示燈供電使之點亮。飯好時，限溫器彈下，帶動杠桿開關，使觸點斷 開。此后發(fā)熱管僅受保溫開關控制。 限流電阻：外觀金黃色或白色為多，發(fā)熱管的作用。常用的限流電阻為 保護

4、發(fā)熱管的關鍵元件。 例：右圖所示，是電飯煲電路簡圖。 K2為雙金屬片保溫開關， 式超溫保護器， L2為保溫指示黃色氖燈。試述電飯煲的工作過程。 原理如下：電飯煲的奇異功能， 就在于K1、K2兩個開關的妙用。 插頭插入電路，閉合 K1之前，你會看到紅、黃兩指示燈交替發(fā) 光。內(nèi)鍋溫度開始較低，雙金屬片開關K2自動接通，L2支路被1=1.口.冋停止加熱。當鍋內(nèi)溫度下降到 80C以下 接通發(fā)熱管電源，進行加熱。如此煮飯時，按下此開關，給發(fā)熱管接大小象3W電阻，按在發(fā)熱管與電源之間，起著保護185 Q、5A或10A （根據(jù)電飯煲功率而定）。限流電阻是其中K1為磁鋼式限溫開關，R為電熱盤中管狀電熱元件，T

5、為熱熔R1、R2為限流電阻，L1為煮飯指示紅色氖燈，R短路，黃燈L2不亮，紅燈亮，且 R發(fā)熱。當內(nèi)鍋溫度達到 70攝氏度一80攝氏度時，K2自 動斷開，由于 R<<R1 L1支路被R短路，紅燈L1熄滅，L2支路與R串聯(lián)，黃燈發(fā)亮。由于 R2阻值很大，所以，流經(jīng) L2、R2、R、T回路的電流很小，R消耗的電能很少，內(nèi)鍋溫度降 低。當溫度低于70攝氏度時，K2再自行接通。如此循環(huán)，內(nèi)鍋溫度保持在70攝氏度一80攝氏度之間，飯煮不熟。用手按下磁鋼式限溫開關K1,此時L2支路被短路，黃燈 L2不亮，L1支路與R并聯(lián)，紅燈L1亮且R持續(xù)發(fā)熱。當內(nèi)鍋溫度達 100攝氏度時，內(nèi)鍋中的水汽化 完。

6、飯煮熟后，K1自動跳開，如同K2自動跳開一樣的道理，進行上一段分析中的循環(huán)，米 飯溫度保持在70攝氏度一80攝氏度范圍。一旦磁鋼式限溫開關 K1失靈，內(nèi)鍋溫度過高時， 熱熔式超溫保護器 T將發(fā)揮作用，使電路斷開。3、電磁爐、電飯鍋、微波爐這三者的基本工作原理有何異同？電磁爐的工作原理：電磁爐是采用磁場感應渦流加熱原理，他利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場，當磁場內(nèi)之磁力通過含鐵質鍋底部時，即會產(chǎn)生無數(shù)之小渦流，使鍋體本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱于鍋內(nèi)食物。電飯鍋是利用發(fā)熱板， 在鋁質鍋的底部煮飯。 發(fā)熱板內(nèi)藏電熱線， 這電熱線是由自動開關控 制。發(fā)熱板的中央有一圓孔， 孔內(nèi)有一感溫軟磁，它借著彈簧向上頂

7、貼著鍋底。這是一種純鐵氧體。它在100 C或以下時，可以被永久磁鐵吸引。但當升至103 C時，則失去磁性，不再受永久磁鐵吸引。當按下開關按鍵，開關橫桿把磁鐵向上頂貼著感溫軟磁。這時，發(fā)熱線接通，開始加熱。當鍋內(nèi)的飯沸騰后，鍋內(nèi)的水就漸漸減少。當水開始蒸干，鍋內(nèi)的溫度就由100 C上升。當升至103 C時，感溫軟磁就不受磁鐵吸引，開關的杠桿因彈簧的彈力及本身的重力而下降， 壓使接觸點分開，發(fā)熱線就斷電，同時，接通另一保溫電路，保持飯的溫度在 70C左右微波爐就是用微波來煮飯燒菜的。這種電磁波的能量不僅比通常的無線電波大得多，而且還很有”個性"：微波一碰到金屬就發(fā)生反射，金屬根本沒有辦法

8、吸收或傳導它；微波可以穿過玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材料， 但不會消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透過，其能量反而會被吸收。微波爐正是利用微波的這些特性制作的。微波爐的外殼用不銹鋼等金屬材料制成，可以阻擋微波從爐內(nèi)逃出，以免影響人們的身體健康。裝食物的容器則用絕緣材料制成。微波爐的心臟是磁控管。這個叫磁控管的電子管是個微波發(fā)生器， 它能產(chǎn)生每秒鐘振動頻率 為24.5億次的微波。這種肉眼看不見的微波，能穿透食物達5cm深，并使食物中的水分子也隨之運動，劇烈的運動產(chǎn)生了大量的熱能，于是食物”煮"熟了。這就是微波爐加熱的原理。用普通爐灶煮食物時，熱量總是從食物外部逐漸進入食物內(nèi)部的。而

9、用微波爐烹飪，熱量則是直接深入食物內(nèi)部，所以烹飪速度比其它爐灶快4至10倍，熱效率高達80%A上。二、 溫度傳感器的應用測量儀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、光傳感器的應用一一鼠標器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

10、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、光傳感器的應用一一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、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R3= 50 Q，兩燈電阻不計.【例1】 如圖是電飯煲的電路圖，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 C)時，會自動斷開.S2是一個自動控控溫

11、開 關，當溫度低于70C時，會自動閉合；溫度高于80C 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= 500Q，加熱電阻絲分析電飯煲的工作原理：計算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比.簡要回答，如果不閉合開關S1,能將飯煮熟嗎?【例2】 如圖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

12、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=.【例1】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80C, S2自動斷開，S1仍閉合；水燒開后，溫度升高到 103 C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70C時，S2自動閉合，電飯煲重新加熱，溫度達到80 C時，S2又自動斷開，再次處于保溫狀態(tài).u2(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= R+,r 甩R _ 500兩式中R2+R1 _石.F2 _ R+ R

13、并 _ 12從而有F 金 1如果不閉合開關S1,開始S2總是閉合的，R1被短路，功率為F1，當溫度上升到80 C 時，S2自動斷開，功率降為F2,溫度降到70C, S2自動閉合溫度只能在 70C 80 C 之間變化，不能把水燒開，不能煮熟飯.【例2】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 n 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 n Rn/P .同理，設車輪轉動的累積圈數(shù)為k，則有s=2n Rk,且k N/P，所以s 2n 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】車輪的半徑 R和齒輪的齒數(shù) P: 2n Rn/P 2n RN/P【課本導讀】一、1.永磁體，感溫磁體，電熱板，感溫磁體，氧化錳、氧化鋅，氧化鐵粉末，103OC,鐵磁，居里溫度，居里點2.煮飯時按下開關按鈕，與永磁體相連的一端上升，下觸點上升與上觸點相連，開始 時溫度較低，感溫磁體具有磁性， 吸引下方的永磁體， 所以手松開后開關按鈕