傳感器是把非電學(xué)物理量如位移.課件

1、 傳感器是把非電學(xué)物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強、光照度等）轉(zhuǎn)換成易于測量、傳輸、處理的電學(xué)量（如電壓、電流、電容等）的一種組件，起自動控制作用。一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路三個部分組成，如： 一、傳感器的含義非電物理量轉(zhuǎn)換器件敏感元件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量第六章 傳感器第1頁，共19頁。2.熱電傳感器:熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會隨溫度的變化而變化的原理把熱學(xué)信號轉(zhuǎn)化成電學(xué)信號制成的，如各種家用電器（空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機、電飯煲等）的溫度控制、火警報警器、恒溫箱等。 .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。如果是光敏電阻的阻值隨光照強度的變化而變化

2、的原理把光信號轉(zhuǎn)變成電信號制成的。如自動沖水機、路燈的控制、光電計數(shù)器、煙霧報警器等都是利用了光電傳感器的原理。 4.聲電傳感器:聲電傳感器是利用電磁感應(yīng)的原理把聲音信號轉(zhuǎn)變成電信號。如動圈式話筒、電容式話筒等。 5.電容式傳感器:電容器的電容C決定于極板的正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的變化能引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，則通過測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，起這種作用的電容器稱為電容式傳感器。 6.電感傳感器: 電感式傳感器是利用線圈的自感或互感的變化來測量或控制的一種裝置把磁信號轉(zhuǎn)變成電信號，一般要利

3、用磁場作為媒介或利用磁體的某些現(xiàn)象。 二、傳感器的分類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（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號（電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABS防抱死制動系統(tǒng)等。 第2頁，共19頁。（1）測物體的質(zhì)量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE1.力電傳感器三、幾種類型的傳感器的應(yīng)用實例分析第3頁，共19頁。（2）測物體加速度（加速度計） 例1：加速度計是測定物體加速度的儀器，它已成為導(dǎo)彈、飛機、潛艇后宇宙飛船制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。如圖為應(yīng)變式加速度計示意圖，

4、當(dāng)系統(tǒng)加速時，加速度計中的敏感元件也處于加速狀態(tài)，敏感元件由彈簧連接并架在光滑支架上，支架與待測系統(tǒng)固定在一起，敏感元件下端的滑動臂可在滑動變阻器R上自由滑動，當(dāng)系統(tǒng)加速運動時，敏感元件發(fā)生位移，并轉(zhuǎn)化為電信號輸出，已知：敏感元件的質(zhì)量為m，兩彈簧的勁度系數(shù)為k，電源的電動勢為E，內(nèi)電阻不計，滑動變阻器的總電阻為R，有效長度為L，靜態(tài)時輸出電壓為U0。試求加速度a與輸出電壓U的關(guān)系式。敏感元件輸出信號ER滑動觸頭左右移動過程中，電路中電流如何變化？若車的加速度大小為a，則兩彈簧的形變量是多少？求加速度a與輸出電壓U的關(guān)系式不變化X左=X右=ma/2k對式的討論假設(shè)a向右為正，位置向左x理清思路

5、很重要解：由分壓原理：由牛頓第二定律：由得：第4頁，共19頁。 例2. 慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計。加速度計的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向按裝的固定光滑桿上套一個質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連?；瑝K原來靜止，彈簧處于自然長度?；瑝K上有指針，可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo) 1.設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動，指針向左偏離O點的距離為S，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度 （ ） A. 方向向左，大小為 k S/m B方向向右，大小為 k S/m C方向向左，大小為 2k S/m D.

6、 方向向右，大小為 2k S/mD01010UP2. 若電位器（可變電阻）總長度為L，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度a沿水平方向運動時，與滑塊連接的滑動片P產(chǎn)生位移，此時可輸出一個電信號U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制導(dǎo)彈運動狀態(tài)輸入信息，試寫出U與a 的函數(shù)關(guān)系式。x=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 x / LU=mU0 a / 2kLU0解：由得：由分壓原理：由牛頓第二定律第5頁，共19頁。（3）測物體角速度（角速度計） 可測量飛機、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸OO轉(zhuǎn)動時，元件A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號，成為飛機、衛(wèi)星等的

7、制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。A S PCBOO輸出電壓U敏感元件輸出信號ER第6頁，共19頁。（4）測 力 例3：（風(fēng)力測定儀）如圖所示為一種測定風(fēng)作用力的儀器原理圖，圖中P為金屬球，懸掛在一細(xì)長裸金屬絲下面，O是懸掛點，R0是保護電阻，CD是水平放置的光滑電阻絲，與懸掛小球的細(xì)金屬絲始終保持良好接觸，無風(fēng)時細(xì)金屬絲與電阻絲在C點接觸，此時電路中的電流為I，有風(fēng)時細(xì)金屬絲將偏轉(zhuǎn)一角度（與風(fēng)力大小有關(guān)），細(xì)金屬絲與電阻絲在C/點接觸，已知風(fēng)力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的質(zhì)量為M，電阻絲單位長度的電阻為k，電源內(nèi)電阻和細(xì)金屬絲電阻均不計，金屬絲偏轉(zhuǎn)角時，電流表的示數(shù)為I/，此時風(fēng)力大小為F，試寫出

8、： 風(fēng)力大小F與的關(guān)系式；風(fēng)力大小F與電流表示數(shù)I/ 的關(guān)系式。 此裝置所測定的最大風(fēng)力是多少？R0OPDC/CA電源GTFF=Mgtantan=L/hI/=E/R0+k(L-L/） 由到得：兩種理解E=I(R0+kL) 思路？L/第7頁，共19頁。（5）測 位 移 例4：（上?？碱}）演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體M在導(dǎo)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(shè)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)會發(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，

9、電壓表沒有示數(shù)B第8頁，共19頁。2、熱電傳感器 熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會隨溫度的變化而變化的原理制成的，如各種家用電器（空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機、電飯煲等）的溫度控制、火警報警器、恒溫箱等。 例5：如圖是一火警報警的一部分電路示意圖。其中R2 為用半導(dǎo)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(dāng)傳感器 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 變大 B.I 變小，U 變小 C.I 變小，U 變大 D.I 變大，U 變小 R1R2R3AabEr火情時溫度升高，R2 減小， R總減小， I總增大， U內(nèi)增大

10、，Uab減小， UR1增大，U并減小， IA減小B 解：方法：由外到內(nèi)再到外，先不變后變增阻，增壓，減流， 減阻，減壓，增流第9頁，共19頁。例6用遙控器調(diào)換電視機頻道的過程，實際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的過程。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(guān)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A.光電傳感器例7.如圖示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于檔，用光照射光敏電阻時表針的偏角為， 現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)?，則可判斷 （ ）A. = B. D. 不能確定和 的關(guān)系B第10頁，共19頁。4.聲電傳感器

11、 例8：（上海試題）唱卡拉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(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。下列說法正確的是 ( )A 該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B 該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)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(yīng)電動勢B第11頁，共19頁。2、話筒聲電磁感應(yīng) 電流動圈式話筒構(gòu)造原理圖，它是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的，當(dāng)聲波使金屬膜片振動時，連接在膜片上的線圈（叫做音圈）隨著一起振動，音圈在永久磁鐵的磁場里振動，其中就產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號）

12、，感應(yīng)電流的大小和方向都變化，變化的振幅和頻率由聲波決定，這個信號電流經(jīng)擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發(fā)出放大的聲音 第12頁，共19頁。電容式話筒：聲電容變化電流、電壓第13頁，共19頁。5.電容式傳感器 電容器的電容C決定于極板的正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的變化能引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，則通過測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，起這種作用的電容器稱為電容式傳感器。圖甲是測量 的電容式傳感器，原理是 。 定片甲角度由于CS，動片與定片間的角度發(fā)生變化時，引起S的變化，通過測出C的變化，測量動片

13、與定片間的夾角圖乙是測量 的電容式傳感器，原理是 。金屬芯線電介質(zhì)導(dǎo)電液體乙h液面高度h由于CS，h發(fā)生變化，金屬芯線和導(dǎo)電液體組成的電容發(fā)生變化，通過測定C的變化，可以測量液面高度h 的變化。第14頁，共19頁。圖丙是測量 的電容式傳感器，原理是 。 固定電極可動電極F丙壓力F由于C1/d，壓力F 作用在可動電極上，引起極板間距d 的變化，通過測出C的變化，測量壓力F的變化。圖丁是測量 的電容式傳感器，原理是 。 極板電介質(zhì)丁x位移x由于C 隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長度發(fā)生變化，通過測出C的變化，測量位移x的變化。例9：隨著生活質(zhì)量的提高，自動干手機已進(jìn)入家庭，洗手后，將濕手靠近自動干手機，機

14、內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近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D第15頁，共19頁。6.電感傳感器 電感式傳感器是利用線圈的自感或互感的變化來實現(xiàn)測量或控制的一種裝置，一般要利用磁場作為媒介或利用磁體的某些現(xiàn)象。 實例：磁性物質(zhì)探測報警器 錄音機NS第16頁，共19頁。練習(xí)1、 用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個高溫報警器，要求是：正常情況綠燈亮，有險情時電鈴報警?？晒┻x擇的器材如下：熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴、學(xué)生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。aedcb熱敏電阻正常時電阻值大，ab間

15、電流小，電磁繼電器磁性弱，銜鐵與上觸點接觸，綠燈泡亮。 將學(xué)生用電源與電鈴分別接入c、d、之間。解：t將熱敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入繼電器的a、b端，如圖示：將學(xué)生用電源與綠燈泡分別接入c、e之間。受熱時電阻值小，ab間電流大，電磁繼電器磁性強，銜鐵與下觸點接觸，電鈴響。變式：提高靈敏度，應(yīng)該如何調(diào)節(jié)滑動變阻器？第17頁，共19頁。練習(xí)2、 用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個由光敏電阻來控制路燈的實驗電路。要求是：光暗時燈亮，光亮?xí)r燈滅。可供選擇的器材如下：光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。ecab220V光敏電阻天暗時電阻值大，ab間電流小，電磁繼電器磁性弱，銜鐵與觸點接觸，燈泡亮。 天亮?xí)r電阻值小，ab間電流大，電磁繼電器磁性強，銜鐵與觸點分離，燈泡滅。解：變式：想讓天更暗時燈才亮，應(yīng)該如何調(diào)節(jié)滑動變阻器？第18頁，共19頁。練習(xí)3、 將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個矩形的箱中，如圖所示，在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器，箱可以沿豎直軌道運動。當(dāng)箱以a=2.0 m/s2的加速度豎直向上做勻減速運動時，上頂板的傳感器顯示的壓力為6.0N，下底板的傳感器顯示的壓力為10.0N。(取g=10 m/s2)(1)若上頂板傳感器的示數(shù)是下底板傳感器的示數(shù)的一半， 試判斷箱的運動情況。(2)要使上頂板傳感