傳感器的綜合應(yīng)用

傳感器的綜合應(yīng)用第一頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日傳感器是把非電學(xué)物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強(qiáng)、光照度等）轉(zhuǎn)換成易于測(cè)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(dòng)控制作用。一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路三個(gè)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)量第二頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日1.熱電傳感器

熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會(huì)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(jī)、電飯煲等)的溫度控制、火警報(bào)警器、恒溫箱等。例題：如圖是一火警報(bào)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(bào)警器。當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)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

解：出現(xiàn)火情時(shí)溫度升高，R2減小，R總減小，I總增大，Uab減小，U并減小，IA減小，B第三頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日2.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。根據(jù)光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化的原理制成的。如自動(dòng)沖水機(jī)、路燈的控制、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。例題：如圖示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)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(jì)數(shù)器的基本工作原理是()A.當(dāng)有光照射R1時(shí),信號(hào)處理系統(tǒng)獲得較高電壓B.當(dāng)有光照射R1時(shí),信號(hào)處理系統(tǒng)獲得較低電壓C.信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次較低電壓就記數(shù)一次D.信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次較高電壓就記數(shù)一次R1R2信號(hào)處理系統(tǒng)BD第四頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日3.聲電傳感器

例題：（2003上海理綜11）唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動(dòng)圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場(chǎng)中，當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí)，就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。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(dòng)時(shí)，穿過金屬線圈的磁通量不變D膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B第五頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日4.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)航系統(tǒng)及ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等。第六頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日（1）測(cè)物體的質(zhì)量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE《學(xué)海導(dǎo)航》第3節(jié)變式練習(xí)3第七頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日（2）測(cè)物體加速度

例題：加速度計(jì)是測(cè)定物體加速度的儀器，它已成為導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇及宇宙飛船制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。如圖為應(yīng)變式加速度計(jì)示意圖，當(dāng)系統(tǒng)加速時(shí)，加速度計(jì)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(cè)系統(tǒng)固定在一起，敏感元件下端的滑動(dòng)臂可在滑動(dòng)變阻器R上自由滑動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，敏感元件發(fā)生位移，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)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(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)電阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的總電阻為R，有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)，靜態(tài)時(shí)兩彈簧均處于原長(zhǎng)，滑動(dòng)觸頭位于變阻器正中，此時(shí)輸出電壓U=E/2。敏感元件輸出信號(hào)ER①滑動(dòng)觸頭左右移動(dòng)過程中，電路中電流如何變化？②若車的加速度大小為a，則兩彈簧的形變量是多少？③求加速度a與輸出電壓U的關(guān)系式（以向右為正）《學(xué)海導(dǎo)航》第3節(jié)變式練習(xí)4第八頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日5.電容式傳感器

電容器的電容C決定于極板的正對(duì)面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)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(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，則通過測(cè)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(cè)量

的電容式傳感器，原理是

。

定片θ甲角度θ由于C∝S，動(dòng)片與定片間的角度θ發(fā)生變化時(shí)，引起S的變化，通過測(cè)出C的變化，測(cè)量動(dòng)片與定片間的夾角θ圖乙是測(cè)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C∝S，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(cè)定C的變化，可以測(cè)量液面高度h的變化。第九頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D丙是測(cè)量

的電容式傳感器，原理是

,

。

固定電極可動(dòng)電極F丙壓力F由于C∝1/d，壓力F作用在可動(dòng)電極上，引起極板間距d的變化，通過測(cè)出C的變化，測(cè)量壓力F的變化。圖丁是測(cè)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(zhǎng)度發(fā)生變化，通過測(cè)出C的變化，測(cè)量位移x的變化。第十頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日例題：隨著生活質(zhì)量的提高，自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)入家庭，洗手后，將濕手靠近自動(dòng)干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)椋ǎ〢.改變了濕度B.改變了溫度C.改變了磁場(chǎng)D.改變了電容

D第十一頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日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(shí)現(xiàn)測(cè)量或控制的一種裝置，一般要利用磁場(chǎng)作為媒介或利用磁體的某些現(xiàn)象。實(shí)例：磁性物質(zhì)探測(cè)報(bào)警器錄音機(jī)NS第十二頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日例：為了測(cè)量列車運(yùn)行的速度和加速度的大小，可采用如圖所示的裝置，它是由一塊安裝在列車頭底部的強(qiáng)磁體和埋設(shè)在軌道地面的一組線圈及電流測(cè)量?jī)x組成的(測(cè)量?jī)x未畫出)。當(dāng)列車經(jīng)過線圈上方時(shí),線圈中產(chǎn)生的電流被記錄下來，就能求出列車在各位置的速度和加速度。假設(shè)磁體端部磁感強(qiáng)度為B=0.004T,且全部集中在端面范圍內(nèi)，與端面垂直，磁體寬度與線圈寬度相同，且都很小，線圈匝數(shù)n=5，邊長(zhǎng)L=0.2m,電阻0.4Ω(包括引線電阻)，測(cè)試記錄下來的電流—位移如圖所示。試求：⑴在離O(原點(diǎn))30m,130m處列車的速度v1和v2的大小⑵假設(shè)列車是勻變速運(yùn)動(dòng)，求列車加速度的大小i/A100501500.150.100.05-0.05-0.10-0.15S/m0第十三頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日i/A100501500.150.100.05-0.05-0.10-0.15S/m0SOB解：I=E/R=nBLv/Rv=IR/nBL=0.4I／5×0.004×0.2=100×I在30m處，I1=0.12A∴v1=12m/s在130m處，I2=0.15A∴v2=15m/s∴a=（v22-v12）/2S=0.405m/s2第十四頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日03年上海高考18、（7分）圖1為某一熱敏電阻R(電阻值隨溫度的改變而改變，且對(duì)溫度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖。⑴為了通過測(cè)量得到圖1所示I-U關(guān)系的完整曲線，在圖2和圖3兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖

；簡(jiǎn)要說明理由：

。（電源電動(dòng)勢(shì)為9V，內(nèi)阻不計(jì)，滑線變阻器的阻值為0-100Ω）⑵在圖4電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1=250Ω。由熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為________V；電阻R2的阻值為

Ω。⑶舉出一個(gè)可以應(yīng)用熱敏電阻的例子：_____________。VA圖2VA圖3I/mAU/V1234567500圖110203040AR1R2熱敏電阻圖4R9V2電壓可從0V調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大解: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(jì)第十五頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日3.將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個(gè)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(yùn)動(dòng)。當(dāng)箱以a=2.0m/s2的加速度豎直向上做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，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=10m/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(yùn)動(dòng)情況。(2)要使上頂板傳感器的示數(shù)為零,箱沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的情況可能是怎樣的？m第十六頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日原來（1）（2）解：m向上做勻減速運(yùn)動(dòng)，a向下a=2m/s2F=10NF1=6Nmgamg+F1-F=mam=0.5kg上頂板示數(shù)是下底板示數(shù)的1/2彈簧長(zhǎng)度不變F=10NF2=5NFmgF2a2mg+F2-F=ma2a2=0靜止或勻速運(yùn)動(dòng)上頂板示數(shù)為零，則彈簧變短，F(xiàn)≥10NF3=0Fmga3F–mg=ma3a3≥10m/s2向上加速或向下減速，加速度a≥10m/s2。第十七頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日4.（風(fēng)力測(cè)定儀）如圖所示為一種測(cè)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(zhǎng)裸金屬絲下面，O是懸掛點(diǎn)，R0是保護(hù)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