傳感器應用課件

傳感器的應用一般情況下傳感器產生的電壓（流）等電學物理量的信號值都相當微弱的，難以帶動執(zhí)行機構去實現控制動作，所以一般都是將傳感器和各種門電路、放大電路等結合在一起使用的。傳感器應用的一般模式一、力傳感器的應用——1電子秤閱讀教材，思考并回答問題：（1）電子秤使用的測力裝置是什么？它是由什么元件組成的？（2）簡述力傳感器的工作原理。（3）應變片能夠把什么力學量轉化為什么電學量？應變片能夠把物體形變這個力學量轉化為電壓這個電學量（輸出應變片上下表面的電壓差值）形變（力學量）電壓（電學量）轉換金屬梁1.關于電子秤中應變式力傳感器的說法正確的是 （ ）A.應變片多用半導體材料制成B.當應變片的表面拉伸時，其電阻變大；反之，變小C.傳感器輸出的是應變片上的電壓D.外力越大，輸出的電壓差值也越大ABD

2：（2003上?？碱}）演示位移傳感器的工作原理如右圖示，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據，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，電源內的電流會發(fā)生變化B.物體M運動時，電壓表的示數會發(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，電壓表沒有示數B1、動圈式式話筒：膜片在聲波波下振動，，使得與膜膜片相連的的線圈中產產生周期性性變化的感感應電流。。二、聲傳感感器的應用用——話筒2、電容式式話筒：金屬膜片M和固定電極極N形成一個個電容器,M在聲波作用用下振動,電容器的電電容作周期期性變化，，電阻R兩端的電壓壓也做相應應的周期性性變化。絕緣支架例題：（2003上海試題））唱卡拉OK用的話筒，，內有傳感感器。其中中有一種是是動圈式的的，它的工工作原理是是在彈性膜膜片后面粘粘接一個輕輕小的金屬屬線圈，線線圈處于永永磁體的磁磁場中，當當聲波使膜膜片前后振振動時，就就將聲音信信號轉變?yōu)闉殡娦盘枴?。下列說法法正確的是是()A該傳感器是是根據電流流的磁效應應工作的B該傳感器是是根據電磁磁感應原理理工作的C膜片振動時時，穿過金金屬線圈的的磁通量不不變D膜片振動時時，金屬線線圈中不會會產生感應應電動勢B金屬板金屬膜振動膜外電路圖5例題：如圖圖是電容式式話筒的示示意圖，它它是利用電電容制作的的傳感器，，話筒的振振動膜前面面鍍有薄薄薄的金屬層層，膜后距距膜幾十微微米處有一一金屬板，，振動膜上上的金屬層層和這個金金屬板構成成電容器的的兩極，在在兩極間加加一電壓U，人對著話話筒說話時時，振動膜膜前后振動動，使電容容發(fā)生變化化，導致話話筒所在電電路中的其其它量發(fā)生生變化，使使聲音信號號被話筒轉轉化為電信信號，其中中導致電容容變化的原原因可能是是容器兩板板間的（））（A）距離變化化（（B）正對面積積變化（C）介質變化化（（D）電壓變化化A3、駐極體話話筒：它由內部的的駐極體塑塑料膜感受受聲波，其其工作原理理與電容式式話筒類似似，但是工工作的電壓壓只須3～6V，＋＋＋－－－特點：體積積小，重量量輕，價格格便宜，靈靈敏度高，，常用在盒盒式錄音機機、聲控玩玩具等便宜宜的家電上上常溫下兩觸觸點分離。。溫度升高高，兩種金金屬膨脹性性能不同，，雙金屬片片形狀發(fā)生生變化，使使觸點接觸觸。三、溫度傳傳感器的應應用——1.電熨斗雙金屬片溫溫度傳感器器：電燙斗的構構造思考與討論論：●常溫下兩觸觸點是接觸觸還是分離離？●如何用調溫溫旋鈕來升升高或降低低電燙斗的的工作溫度度？練習、如圖所示是是一種熱敏敏電阻（PTC元件）的電電阻R隨溫度t變化的關系系圖線，這這種元件具具有發(fā)熱、、控溫雙重重功能．常常見的電熱熱滅蚊器中中就使用這這種元件來來加溫并控控制溫度．．如果將該該元件接到到220V恒定電壓壓下，則則A．通電后后，其電電功率先先增大后后減小B．通電后后，其電功率率先減小小后增大大C．當其發(fā)發(fā)熱功率率等于散散熱功率率時，溫溫度保持持在t1不變D．當其發(fā)發(fā)熱功率率等于散散熱功率率時，溫溫度保持持在t1到t2之間的某某一值不不變t/℃Rt2t1ADM2.冰箱溫度度控制器器(問題與練練習1)4、彈簧片1、測溫泡2、細管3、彈性金屬盒5、動觸點6、靜觸點7、拉桿8、凸輪9、連桿思考與討討論：1、為什么么溫度較較高時壓壓縮機自自動工作作，達到到設定低低溫后就就自動停停止工作作？2、凸輪為為什么可可以改變變設定的的溫度？？氯甲烷及及它的蒸蒸氣3、恒溫箱箱溫控器器(問題與練練習3)思考與討討論：1、應該把把恒溫箱箱中的加加熱器接接在A、B還是C、D之間呢？？2、要使箱箱內溫度度保持100℃℃，可變電電阻R′值應調節(jié)節(jié)多大？？感溫鐵氧氧體的““居里點點”：感溫鐵氧氧體在常常溫下具具有鐵磁磁性，但但溫度升升高到103℃℃時便失去去了鐵磁磁性，這這個溫度度稱為這這種材料料的“居居里溫度度”或““居里點點”。4.電飯鍋電飯鍋的的構造思考與討討論：●開始做飯飯時為什什么要壓壓下開關關按鈕？？●若用電飯飯鍋燒水水，水在在沸騰以以后是否否會自動動斷電？？5、測溫儀儀用溫度傳傳感器可可以把溫溫度轉換換為電信信號。測測溫元件件可以是是熱敏電電阻、金金屬熱電電阻、熱熱電偶、、紅外線線敏感元元件等。。電信號可可以遠距距離輸送送，因而而溫度傳傳感器可可以遠距距離讀取取溫度。。熱電偶：：將兩種種不同材材料的導導體或半半導體A和B焊接起來來，構成成一個閉閉合回路路，當導導體A和B的兩個焊焊接點1和2之間存在在溫差時時，兩者者之間便便產生電電動勢,因而在回回路中形形成一定定大小的的電流,這種現象象稱為熱熱電效應應。熱電電偶就是是利用這這一效應應來工作作的。將微機輔輔助實驗驗系統(tǒng)所所配的溫溫度傳感感器與計計算機連連接，可可以實現現數據采采集、處處理、畫畫圖的智智能化功功能。四、光傳傳感器的的應用——1.鼠標器鼠標中的的紅外接接收管就就是光傳傳感器。。鼠標移移動時，，滾球帶帶動x、y方向兩個個碼盤轉轉動，紅紅外管接接收到一一個個紅紅外線脈脈沖。計計算機分分別統(tǒng)計計x、y兩個方向向上的脈脈沖信號號，就能能確定鼠鼠標的位位置。2.火災報警警器光電三極極管是煙煙霧火警警報警器器中的光光傳感器器。平時時，發(fā)光光二極管管發(fā)出的的光被不不透明擋擋板擋住住。當有有煙霧時時，煙霧霧對光有有散射作作用，光光電三極極管接收收到散射射光，電電阻變小小，使報報警電路路工作。。小結結1、溫度傳感器的應用（1）電飯鍋（2）測溫儀2、光傳感器的應用（1）鼠標器（2）火災報警警器溫度傳感感器的應應用【例1】如圖甲為為在溫度度為10℃左右的環(huán)環(huán)境中工工作的某某自動恒恒溫箱原原理簡圖圖，箱內內的電阻阻R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，Rt為熱敏電電阻，它它的電阻阻隨溫度度變化的的圖線如如圖乙所所示．當當a、b端電壓Uab<0時，電壓壓鑒別器器會令開開關S接通，恒恒溫箱內內的電熱熱絲發(fā)熱熱，使箱箱內溫度度提高；；當Uab>0時，電壓壓鑒別器器使S斷開，停停止加熱熱，恒溫溫箱內的的溫度恒恒定在_________℃℃．35解：設電路兩兩端電壓為為為U，當Uab=0時，有解得Rt=20kΩ由圖乙可知，，當Rt=20kΩ時，t=35℃．03年上海高考18、圖1為某一熱敏電電阻R(電阻值隨溫度度的改變而改改變，且對溫溫度很敏感)的I-U關系曲線圖。。⑴為了通過測測量得到圖1所示I-U關系的完整曲曲線，在圖2和圖3兩個電路中應應選擇的是圖圖；簡要說明理理由：。（電源電動動勢為9V，內阻不計，滑滑線變阻器的的阻值為0-100ΩΩ）⑵在圖4電路中，電源源電壓恒為9V，理想電流表表讀數為70mA，定值電阻R1=250Ω。由熱敏電阻的的I-U關系曲線可知知，熱敏電阻阻兩端的電壓壓為________V；電阻R2的阻值為Ω。⑶舉出一個可以以應用熱敏電電阻的例子：：_____________。2電壓可從0V調到所需電壓壓，調節(jié)范圍圍較大解:⑵I1=9/250=0.036A=36mAI2=34mA由圖1得UR=5.2V5.2R2=(9-5.2)/0.034=111.8Ω111.6——112.0熱敏溫度計VA圖2VA圖3I/mAU/V1234567500圖110203040AR1R2熱敏電阻圖4R9V光傳感器的應應用【例2】如圖所示為一一實驗小車中中利用光電脈脈沖測量車速速和行程的裝裝置示意圖。。A為光源，B為光電接收器器，A、B均固定在車身身上，C為小車的車輪輪，D為與C同軸相連的齒齒輪。車輪轉轉動時，A發(fā)出的光束通通過旋轉齒輪輪上齒的間隙隙后變成脈沖沖光信號，被被B接收并轉換成成電信號，由由電子電路記記錄和顯示。。若實驗顯示示單位時間內內脈沖數為n，累計脈沖數數為N，則要測出小小車的速度和和行程還必須須測量的物理理量和數據是是，小車速度的的表達式為v=；行程的表達達式為=。車輪的半徑R和齒輪P光束原來是連連續(xù)的，是轉轉動的齒輪使使光束變?yōu)槊}脈沖，因此脈脈沖情況必定定與齒輪（或或車輪）的轉轉動有關，也也就與速度和和行程有關。。根據速度的意意義和車正常常行駛的情況況，應有v=2πRf，其中R為車輪的半半徑，f為單位時間間內車輪轉轉過的圈數數；若車輪輪的齒數為為P，則轉一圈圈應有P個脈沖被B接收到，因因此有代代入上上式，有同樣，根據據行程的意意義，應有有，其中f為整個行程程中車輪轉轉過的圈數數；而，，所以可見，還必必須測量的的物理量和和數據是車車輪的半徑徑R和齒輪齒數數P，速度和行行程的表達達式如上面面兩式所示示。3.如圖所示為為光敏電阻阻自動計數數器的示意意圖，其中中A是發(fā)光儀器器，B是傳送帶上上物品，R1為光敏電阻阻，R2為定值電阻阻，此光電電計數器的的基本工作作原理是（（））（A）當有光照照射R1時，信號處處理系統(tǒng)獲獲得高電壓壓（B）當有光照照射R1時，信號處處理系統(tǒng)獲獲得低電壓壓（C）信號處理理系統(tǒng)每獲獲得一次低低電壓就記記數一次（D）信號處理理系統(tǒng)每獲獲得一次高高電壓就記記數一次BDR2AR1信號處理系統(tǒng)圖3B力電轉換器＋＋－－輸出輸入受壓面4：某學生為了了測量一個個物體的質質量，找到到一個力電電轉換器，，該轉換器器的輸出電電壓正比于于受壓面受受到的壓力力（比例系系數為k）如圖所示示，測量時時先調節(jié)輸輸入端的電電壓，使轉轉換器空載載時的輸出出電壓為0；而后在其其受壓面上上放上物體體，即可測測得與物體體的質量成成正比的輸輸出電壓U?，F有下列器器材：力電電轉換器、、質量為m0的砝碼、電電壓表、滑滑動變阻器器、干電池池一個、電電鍵及導線線若干、待待測物體（（可置于力力電轉換器器的受壓面面上）。請請完成對該該物體的測測量m。（1）設計一個個電路，要要求力轉換換器的輸入入電壓可調調，并且使使電壓的調調節(jié)范圍盡盡可能大，，在方框中中畫出完整整的測量電電路圖。（2）簡要說明明測量步驟驟，求出比比例系數k，并測出待待測物體的的質量m。（3）請設想實實驗中可能能會出現的的一個問題題。力電轉換器＋＋－－輸出輸入受壓器SVR解析：（（1）設計的電電路圖如圖圖所示，輸輸入電壓采采用分壓接接法目的是是讓電壓可可調范圍盡盡可能大。。（2）測量步驟驟：①調節(jié)滑動變變阻器，使使轉換器的的輸出電壓壓為零。②將質量為m0的砝碼放在在轉換器上上，記下輸輸出電壓U0。③將待測物體體放在轉換換器上，記記下輸出電電壓U1，由U0=km0g得k=U0/m0g，測得U1=kmg，所以m=m0U1/U0。（3）可能出現現的問題①因電源電壓壓不夠而輸輸出電壓調不到零。。②待測物體質質量超出轉轉換器量程程。2.加速度計問問題與與練習21、兩個電池池的電動勢勢一樣大2、滑片在中中間位置電電壓表的讀數數為零3、P點電勢高與與Q點時，指針向向右偏轉練習：慣性制導系系統(tǒng)已廣泛泛應用于導導彈工程中中，這個系系統(tǒng)的重要要元件是加加速度計。。加速度計計的構造和和原理的示示意圖如圖圖示，沿導導彈長度方方向安裝的的固定光滑滑桿上套一一個質量為為m的滑塊，滑滑塊的兩側側分別與勁勁度系數均均為k的彈簧相連連，兩彈簧簧的另一端端與固定壁壁相連。滑滑塊原來靜靜止，彈簧簧處于自然長度?；瑝K上有有指針，可可通過標尺尺測出滑塊塊的位移，，然后通過過控制系統(tǒng)統(tǒng)進行制導導。設某段段時間內導導彈沿水平平方向運動動，指針向向左偏離O點的距離為為S，則這段時時間內導彈彈的加速度度（（））A.方向向左，，大小為kS/mB．方向向右右，大小為為kS/mC．方向向左左，大小為為2kS/mD.方向向右，，大小為2kS/m01010UPD(2)若電位器（（可變電阻阻）總長度度為L，其電阻均勻勻，兩端接接在穩(wěn)壓電電源U0上，當導彈彈以加速度度a沿水平方向向運動時，，與滑塊連連接的滑動動片P產生位移，，此時可輸輸出一個電電信號U，作為導彈慣慣性制導系系統(tǒng)的信息息源，為控控制導彈運運動狀態(tài)輸輸入信息，，試寫出U與a的函數關系系式。01010UPU0解：a=2kx/m∴x=ma/2kU=U0Rx/R=U0x/L=maU0/2kL=mU0a/2kL∝∝a練習習:可測測量量飛飛機機、、航航天天器器、、潛潛艇艇的的轉轉動動角角速速度度,其結結構構如如圖圖所所示示。。當當系系統(tǒng)統(tǒng)繞繞軸軸OO′′轉動動時時，，元元件件A發(fā)生生位位移移并并輸輸出出相相應應的的電電壓壓信信號號，，成成為為飛飛機機、、衛(wèi)衛(wèi)星星等等的的制制導導系系統(tǒng)統(tǒng)的的信信息息源源。。已已知知A的質量為為m，彈簧的勁勁度系數數為k、自然長度度為l，電源的電電動勢為為E、內阻不計計。滑動動變阻器器總長也也為l，電阻分布布均勻，，系統(tǒng)靜靜止時P在B點，當系系統(tǒng)以角角速度ω轉動時，，試寫出出輸出電電壓U與ω的函數式式。A

S

PCBωOO′輸出電壓U解：設彈簧簧伸長x,則kx=mωω2(l+x)∴x=mω2l／(k-mω2)設滑動變變阻器單單位長度度的電阻為為r1U=IRx=Exr1/lr1=Ex/l∴U=Emω2／(k-mω2)練習、用如圖所所示的裝裝置可以以測量汽汽車在水水平路面面上做勻勻加速直直線運動動的加速速度．該該裝置是是在矩形形箱子的的前、后后壁上各各安裝一一個由力力敏電阻阻組成的的壓力傳傳感器．．用兩根根相同的的輕彈簧簧夾著一一個質量量為2.0kg的滑塊可可無摩擦擦滑動，，兩彈簧簧的另一一端分別別壓在傳傳感器a、b上，其壓壓力大小小可直接接從傳感感器的液液晶顯示示屏上讀讀出．現現將裝置置沿運動動方向固固定在汽汽車上，，傳感器器b在前，傳傳感器a在后．汽汽車靜止止時，傳傳感器a、b在的示數數均為10N（取g=10m／s2）．（1）若傳感感器a的示數為為14N、b的示數為為6.0N，求此時時汽車的的加速度度大小和和方向．．（2）當汽車車以怎樣樣的加速速度運動時，，傳感器器a的示數為為零．解：（1）如圖所所示，依依題意：：左側彈彈簧對滑滑塊向右右的推力力F1=14N，右側彈彈簧對滑滑塊的向向左的推推力F2=6.0N．滑塊所所受合力力產生加加速度a1，根據牛牛頓第二定定律有得a=4m/s2