傳感器應(yīng)用課件

傳感器的應(yīng)用一般情況下傳感器產(chǎn)生的電壓（流）等電學(xué)物理量的信號(hào)值都相當(dāng)微弱的，難以帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作，所以一般都是將傳感器和各種門(mén)電路、放大電路等結(jié)合在一起使用的。傳感器應(yīng)用的一般模式一、力傳感器的應(yīng)用——1電子秤閱讀教材，思考并回答問(wèn)題：（1）電子秤使用的測(cè)力裝置是什么？它是由什么元件組成的？（2）簡(jiǎn)述力傳感器的工作原理。（3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量（輸出應(yīng)變片上下表面的電壓差值）形變（力學(xué)量）電壓（電學(xué)量）轉(zhuǎn)換金屬梁1.關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說(shuō)法正確的是 （ ）A.應(yīng)變片多用半導(dǎo)體材料制成B.當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時(shí)，其電阻變大；反之，變小C.傳感器輸出的是應(yīng)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(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿p，通過(guò)電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來(lái)反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說(shuō)法正確的是()A.物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B.物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C.物體M不動(dòng)時(shí)，電路中沒(méi)有電流D.物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒(méi)有示數(shù)B1、動(dòng)圈式話話筒：膜片在聲波下振振動(dòng)，使得與膜膜片相連的線圈圈中產(chǎn)生周期性性變化的感應(yīng)電電流。二、聲傳感器的的應(yīng)用——話筒2、電容式話筒筒：金屬膜片M和固定電極N形成一個(gè)電容容器,M在聲波作用下振振動(dòng),電容器的電容作作周期性變化，，電阻R兩端的電壓也做做相應(yīng)的周期性性變化。絕緣支架例題：（2003上海試題）唱卡卡拉OK用的話筒，內(nèi)有有傳感器。其中中有一種是動(dòng)圈圈式的，它的工工作原理是在彈彈性膜片后面粘粘接一個(gè)輕小的的金屬線圈，線線圈處于永磁體體的磁場(chǎng)中，當(dāng)當(dāng)聲波使膜片前前后振動(dòng)時(shí)，就就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。。下列說(shuō)法正確確的是()A該傳感器是根據(jù)據(jù)電流的磁效應(yīng)應(yīng)工作的B該傳感器是根據(jù)據(jù)電磁感應(yīng)原理理工作的C膜片振動(dòng)時(shí)，穿穿過(guò)金屬線圈的的磁通量不變D膜片振動(dòng)時(shí)，金金屬線圈中不會(huì)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)動(dòng)勢(shì)B金屬板金屬膜振動(dòng)膜外電路圖5例題：如圖是電電容式話筒的示示意圖，它是利利用電容制作的的傳感器，話筒筒的振動(dòng)膜前面面鍍有薄薄的金金屬層，膜后距距膜幾十微米處處有一金屬板，，振動(dòng)膜上的金金屬層和這個(gè)金金屬板構(gòu)成電容容器的兩極，在在兩極間加一電電壓U，人對(duì)著話筒說(shuō)說(shuō)話時(shí)，振動(dòng)膜膜前后振動(dòng)，使使電容發(fā)生變化化，導(dǎo)致話筒所所在電路中的其其它量發(fā)生變化化，使聲音信號(hào)號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為為電信號(hào)，其中中導(dǎo)致電容變化化的原因可能是是容器兩板間的的（））（A）距離變化（（B）正對(duì)面積變化化（C）介質(zhì)變化（（D）電壓變化A3、駐極體話筒：它由內(nèi)部的駐極極體塑料膜感受受聲波，其工作作原理與電容式式話筒類似，但但是工作的電壓壓只須3～6V，＋＋＋－－－特點(diǎn)：體積小，，重量輕，價(jià)格格便宜，靈敏度度高，常用在盒盒式錄音機(jī)、聲聲控玩具等便宜宜的家電上常溫下兩觸點(diǎn)分分離。溫度升高高，兩種金屬膨膨脹性能不同，，雙金屬片形狀狀發(fā)生變化，使使觸點(diǎn)接觸。三、溫度傳感器器的應(yīng)用——1.電熨斗雙金屬片溫度傳傳感器：電燙斗的構(gòu)造思考與討論：●常溫下兩觸點(diǎn)是是接觸還是分離離？●如何用調(diào)溫旋鈕鈕來(lái)升高或降低低電燙斗的工作作溫度？練習(xí)、如圖所示是一種種熱敏電阻（PTC元件）的電阻R隨溫度t變化的關(guān)系圖線線，這種元件具具有發(fā)熱、控溫溫雙重功能．常常見(jiàn)的電熱滅蚊蚊器中就使用這這種元件來(lái)加溫溫并控制溫度．．如果將該元件件接到220V恒定電壓下，則則A．通電后，其電電功率先增大后后減小B．通電后，其電功率先減小小后增大C．當(dāng)其發(fā)熱功率率等于散熱功率率時(shí)，溫度保持持在t1不變D．當(dāng)其發(fā)熱功率率等于散熱功率率時(shí)，溫度保持持在t1到t2之間的某一值不不變t/℃Rt2t1ADM2.冰箱溫度控制器器(問(wèn)題與練習(xí)1)4、彈簧片1、測(cè)溫泡2、細(xì)管3、彈性金屬盒5、動(dòng)觸點(diǎn)6、靜觸點(diǎn)7、拉桿8、凸輪9、連桿思考與討論：1、為什么溫度較較高時(shí)壓縮機(jī)自自動(dòng)工作，達(dá)到到設(shè)定低溫后就就自動(dòng)停止工作作？2、凸輪為什么可可以改變?cè)O(shè)定的的溫度？氯甲烷及它的蒸蒸氣3、恒溫箱溫控器器(問(wèn)題與練習(xí)3)思考與討論：1、應(yīng)該把恒溫箱箱中的加熱器接接在A、B還是C、D之間呢？2、要使箱內(nèi)溫度保保持100℃，可變電阻R′值應(yīng)調(diào)節(jié)多大？感溫鐵氧體的“居居里點(diǎn)”：感溫鐵氧體在常溫溫下具有鐵磁性，，但溫度升高到103℃時(shí)便失去了鐵磁性性，這個(gè)溫度稱為為這種材料的“居居里溫度”或“居居里點(diǎn)”。4.電飯鍋電飯鍋的構(gòu)造思考與討論：●開(kāi)始做飯時(shí)為什么么要壓下開(kāi)關(guān)按鈕鈕？●若用電飯鍋燒水，，水在沸騰以后是是否會(huì)自動(dòng)斷電？？5、測(cè)溫儀用溫度傳感器可以以把溫度轉(zhuǎn)換為電電信號(hào)。測(cè)溫元件件可以是熱敏電阻阻、金屬熱電阻、、熱電偶、紅外線線敏感元件等。電信號(hào)可以遠(yuǎn)距離離輸送，因而溫度度傳感器可以遠(yuǎn)距距離讀取溫度。熱電偶：將兩種不不同材料的導(dǎo)體或或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一一個(gè)閉合回路，當(dāng)當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)焊接點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，，兩者之間便產(chǎn)生生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成成一定大小的電流流,這種現(xiàn)象稱為熱電電效應(yīng)。熱電偶就就是利用這一效應(yīng)應(yīng)來(lái)工作的。將微機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系系統(tǒng)所配的溫度傳傳感器與計(jì)算機(jī)連連接，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)數(shù)據(jù)采集、處理、、畫(huà)圖的智能化功功能。四、光傳感器的應(yīng)應(yīng)用——1.鼠標(biāo)器鼠標(biāo)中的紅外接收收管就是光傳感器器。鼠標(biāo)移動(dòng)時(shí)，，滾球帶動(dòng)x、y方向兩個(gè)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，紅外管接收到到一個(gè)個(gè)紅外線脈脈沖。計(jì)算機(jī)分別別統(tǒng)計(jì)x、y兩個(gè)方向上的脈沖沖信號(hào)，就能確定定鼠標(biāo)的位置。2.火災(zāi)報(bào)警器光電三極管是煙霧霧火警報(bào)警器中的的光傳感器。平時(shí)時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)發(fā)出的光被不透明明擋板擋住。當(dāng)有有煙霧時(shí)，煙霧對(duì)對(duì)光有散射作用，，光電三極管接收收到散射光，電阻阻變小，使報(bào)警電電路工作。小結(jié)1、溫度傳感器的應(yīng)用（1）電飯鍋（2）測(cè)溫儀2、光傳感器的應(yīng)用（1）鼠標(biāo)器（2）火災(zāi)報(bào)警器溫度傳感器的應(yīng)用用【例1】如圖甲為在溫度為為10℃左右的環(huán)境中工作作的某自動(dòng)恒溫箱箱原理簡(jiǎn)圖，箱內(nèi)內(nèi)的電阻R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，Rt為熱敏電阻，它的的電阻隨溫度變化化的圖線如圖乙所所示．當(dāng)a、b端電壓Uab<0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)會(huì)令開(kāi)關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的的電熱絲發(fā)熱，使使箱內(nèi)溫度提高；；當(dāng)Uab>0時(shí)，電壓鑒別器使使S斷開(kāi)，停止加熱，，恒溫箱內(nèi)的溫度度恒定在_________℃．35解：設(shè)電路兩端電電壓為為U，當(dāng)Uab=0時(shí)，有解得Rt=20kΩ由圖乙可知，當(dāng)Rt=20kΩΩ時(shí)，t=35℃．03年上海高考考18、圖1為某一熱敏敏電阻R(電阻值隨溫溫度的改變變而改變，，且對(duì)溫度度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖圖。⑴為了通過(guò)過(guò)測(cè)量得到到圖1所示I-U關(guān)系的完整整曲線，在在圖2和圖3兩個(gè)電路中中應(yīng)選擇的的是圖；簡(jiǎn)要說(shuō)明明理由：。（電源電電動(dòng)勢(shì)為9V，內(nèi)阻不計(jì)計(jì)，滑線變變阻器的阻阻值為0-100Ω）⑵在圖4電路中，電電源電壓恒恒為9V，理想電電流表讀讀數(shù)為70mA，定值電電阻R1=250Ω。由熱敏電阻阻的I-U關(guān)系曲線可知知，熱敏電阻阻兩端的電壓壓為_(kāi)_______V；電阻R2的阻值為Ω。⑶舉出一個(gè)可可以應(yīng)用熱敏敏電阻的例子子：_____________。2電壓可從0V調(diào)到所需電壓壓，調(diào)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(jì)VA圖2VA圖3I/mAU/V1234567500圖110203040AR1R2熱敏電阻圖4R9V光傳感器的應(yīng)應(yīng)用【例2】如圖所示為一一實(shí)驗(yàn)小車中中利用光電脈脈沖測(cè)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(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A發(fā)出的光束通通過(guò)旋轉(zhuǎn)齒輪輪上齒的間隙隙后變成脈沖沖光信號(hào)，被被B接收并轉(zhuǎn)換成成電信號(hào)，由由電子電路記記錄和顯示。。若實(shí)驗(yàn)顯示示單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計(jì)脈沖數(shù)數(shù)為N，則要測(cè)出小小車的速度和和行程還必須須測(cè)量的物理理量和數(shù)據(jù)是是，小車速度的的表達(dá)式為v=；行程的表達(dá)達(dá)式為=。車輪的半徑R和齒輪P光束原來(lái)是連連續(xù)的，是轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)，也也就與速度和和行程有關(guān)。。根據(jù)速度的的意義和車車正常行駛駛的情況，，應(yīng)有v=2πRf，其中R為車輪的半半徑，f為單位時(shí)間間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)數(shù)；若車輪輪的齒數(shù)為為P，則轉(zhuǎn)一圈圈應(yīng)有P個(gè)脈沖被B接收到，因因此有代代入上上式，有同樣，根據(jù)據(jù)行程的意意義，應(yīng)有有，其中f為整個(gè)行程程中車輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)數(shù)；而，，所以可見(jiàn)，還必必須測(cè)量的的物理量和和數(shù)據(jù)是車車輪的半徑徑R和齒輪齒數(shù)數(shù)P，速度和行行程的表達(dá)達(dá)式如上面面兩式所示示。3.如圖所示為為光敏電阻阻自動(dòng)計(jì)數(shù)數(shù)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(jì)數(shù)器的的基本工作作原理是（（））（A）當(dāng)有光照照射R1時(shí)，信號(hào)處處理系統(tǒng)獲獲得高電壓壓（B）當(dāng)有光照照射R1時(shí)，信號(hào)處處理系統(tǒng)獲獲得低電壓壓（C）信號(hào)處理理系統(tǒng)每獲獲得一次低低電壓就記記數(shù)一次（D）信號(hào)處理理系統(tǒng)每獲獲得一次高高電壓就記記數(shù)一次BDR2AR1信號(hào)處理系統(tǒng)圖3B力電轉(zhuǎn)換器＋＋－－輸出輸入受壓面4：某學(xué)生為了了測(cè)量一個(gè)個(gè)物體的質(zhì)質(zhì)量，找到到一個(gè)力電電轉(zhuǎn)換器，，該轉(zhuǎn)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(shù)為k）如圖所示示，測(cè)量時(shí)時(shí)先調(diào)節(jié)輸輸入端的電電壓，使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器空載載時(shí)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(cè)測(cè)得與物體體的質(zhì)量成成正比的輸輸出電壓U。現(xiàn)有下列器器材：力電電轉(zhuǎn)換器、、質(zhì)量為m0的砝碼、電電壓表、滑滑動(dòng)變阻器器、干電池池一個(gè)、電電鍵及導(dǎo)線線若干、待待測(cè)物體（（可置于力力電轉(zhuǎn)換器器的受壓面面上）。請(qǐng)請(qǐng)完成對(duì)該該物體的測(cè)測(cè)量m。（1）設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè)電路，要要求力轉(zhuǎn)換換器的輸入入電壓可調(diào)調(diào)，并且使使電壓的調(diào)調(diào)節(jié)范圍盡盡可能大，，在方框中中畫(huà)出完整整的測(cè)量電電路圖。（2）簡(jiǎn)要說(shuō)明明測(cè)量步驟驟，求出比比例系數(shù)k，并測(cè)出待待測(cè)物體的的質(zhì)量m。（3）請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)實(shí)驗(yàn)中可能能會(huì)出現(xiàn)的的一個(gè)問(wèn)題題。力電轉(zhuǎn)換器＋＋－－輸出輸入受壓器SVR解析：（（1）設(shè)計(jì)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(diào)范圍盡盡可能大。。（2）測(cè)量步驟驟：①調(diào)節(jié)滑動(dòng)變變阻器，使使轉(zhuǎn)換器的的輸出電壓壓為零。②將質(zhì)量為m0的砝碼放在在轉(zhuǎn)換器上上，記下輸輸出電壓U0。③將待測(cè)物體體放在轉(zhuǎn)換換器上，記記下輸出電電壓U1，由U0=km0g得k=U0/m0g，測(cè)得U1=kmg，所以m=m0U1/U0。（3）可能出現(xiàn)的問(wèn)問(wèn)題①因電源電壓不夠夠而輸出電壓調(diào)不到零。②待測(cè)物體質(zhì)量超超出轉(zhuǎn)換器量程程。2.加速度計(jì)問(wèn)問(wèn)題與練習(xí)21、兩個(gè)電池的電電動(dòng)勢(shì)一樣大2、滑片在中間位位置電壓表的讀數(shù)為零零3、P點(diǎn)電勢(shì)高與Q點(diǎn)時(shí)，指針向右偏偏轉(zhuǎn)練習(xí)：慣性制導(dǎo)導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)應(yīng)用于導(dǎo)彈工程程中，這個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)的重要元件是是加速度計(jì)。加加速度計(jì)的構(gòu)造造和原理的示意意圖如圖示，沿沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向向安裝的固定光光滑桿上套一個(gè)個(gè)質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的的兩側(cè)分別與勁勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩兩彈簧的另一端端與固定壁相連連?；瑝K原來(lái)靜靜止，彈簧處于于自然長(zhǎng)度?；瑝K上有指針針，可通過(guò)標(biāo)尺尺測(cè)出滑塊的位位移，然后通過(guò)過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行行制導(dǎo)。設(shè)某段段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿沿水平方向運(yùn)動(dòng)動(dòng)，指針向左偏偏離O點(diǎn)的距離為S，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)導(dǎo)彈的加速度（（））A.方向向左，大小為為kS/mB．方向向右，大小小為kS/mC．方向向左，大小小為2kS/mD.方向向右，大小為為2kS/m01010UPD(2)若電位器（可變電電阻）總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，其電阻均勻，兩兩端接在穩(wěn)壓電源源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速速度a沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)，與滑塊連接的的滑動(dòng)片P產(chǎn)生位移，此時(shí)可可輸出一個(gè)電信號(hào)號(hào)U，作為導(dǎo)彈慣性制制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源源，為控制導(dǎo)彈運(yùn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸入信息息，試寫(xiě)出U與a的函數(shù)關(guān)系式。01010UPU0解：a=2kx/m∴x=ma/2kU=U0Rx/R=U0x/L=maU0/2kL=mU0a/2kL∝∝a練習(xí):可測(cè)量飛機(jī)、航天天器、潛艇的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示。。當(dāng)系統(tǒng)繞軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，元件A發(fā)生位移并輸出相相應(yīng)的電壓信號(hào)，，成為飛機(jī)、衛(wèi)星星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的的信息源。已知A的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)數(shù)為k、自然長(zhǎng)度為l，電源的電動(dòng)勢(shì)為為E、內(nèi)阻不計(jì)?；瑒?dòng)動(dòng)變阻器總長(zhǎng)也為為l，電阻分布均勻，，系統(tǒng)靜止時(shí)P在B點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)以角速速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，試寫(xiě)出輸輸出電壓U與ω的函數(shù)式。A

S

PCBωOO′輸出電壓U解：設(shè)彈簧伸長(zhǎng)x,則kx=mω2(l+x)∴x=mω2l／(k-mω2)設(shè)滑動(dòng)變阻器單位位長(zhǎng)度的電阻為r1U=IRx=Exr1/lr1=Ex/l∴U=Emω2／(k-mω2)練習(xí)、用如圖所所示的裝置可以測(cè)測(cè)量汽車在水平路路面上做勻加速直直線運(yùn)動(dòng)的加速度度．該裝置是在矩矩形箱子的前、后后壁上各安裝一個(gè)個(gè)由力敏電阻組成成的壓力傳感器．．用兩根相同的輕輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)質(zhì)量為2.0kg的滑塊可無(wú)摩擦滑滑動(dòng)，兩彈簧的另另一端分別壓在傳傳感器a、b上，其壓力大小可可直接從傳感器的的液晶顯示屏上讀讀出．現(xiàn)將裝置沿沿運(yùn)動(dòng)方向固定在在汽車上，傳感器器b在前，傳感器a在后．汽車靜止時(shí)時(shí)，傳感器a、b在的示數(shù)均為10N（取g=10m／s2）．（1）若傳感器a的示數(shù)為14N、b的示數(shù)為6.0N，求此時(shí)汽車的加加速度大小和方向向．（2）當(dāng)汽車以怎樣的的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器a的示數(shù)為零．解：（