6.2 传感器的应用(一)

传感器应用的一般模式：一.力电传感器的应用——电子秤应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量练习.关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（）A.应变片多用半导体材料制成B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C.传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大，输出的电压差值也越大ABD二.声传感器的应用——话筒声电传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器常见的电容式话筒和动圈式话筒都是声电传感器。动圈式话筒的工作原理膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。电磁感应现象电容式话筒的工作原理利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．优点：保真度好。驻极体话筒的工作原理驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。练习：（2003上海试题）唱卡拉OK用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是()A该传感器是根据电流的磁效应工作的B该传感器是根据电磁感应原理工作的C膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B金属板金属膜振动膜外电路图5练习：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的（）（A）距离变化（B）正对面积变化（C）介质变化（D）电压变化A三．温度传感器的应用——电熨斗电流流向电熨斗双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断.思考与讨论：（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的．课本P58问题与练习1、（1）冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盆体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4，使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的低温时拉簧带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作．（2）凸轮逆时针转动会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与弹性膜盒3共同控制弹簧片4的运动，故弹簧7上弹力的变化会改变设定的温度．课本P58问题与练习2．该同学设计的电路在原理上可行，当滑动片P在滑动变阻器中央时P、Q等势，电压表指针指中央零点．这个装置可以同时测出加速度大小和方向，大小可通过电压表示数大小表示，方向可通过偏转方向判定．当物体具有图示方向的加速度a时，滑块向左移，则变阻器右端电阻大，故电流流过滑动变阻器时电势降落大，则Q点电势高于P点，则指针应向零点左侧偏转．课本P58问题与练习（1）A、B端（2）由图甲知，t=100℃时R=50Ω，则继电器电路中电流在100℃时，，其中为继电器的电阻。代入数据解得，100R练习、如图所示是一种热敏电阻（PTC元件）的电阻R随温度t变化的关系图线，这种元件具有发热、控温双重功能．常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来加温并控制温度．如果将该元件接到220V恒定电压下，则A．通电后，其电功率先增大后减小B．通电后，其电功率先减小后增大C．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1不变D．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1到t2之间的某一值不变t/℃Rt2t1AD练习、（2003上海考题）演示位移传感器的工作原理如右图示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是()A.物体M运动时，电源内的电流会发生变化B.物体M运动时，电压表的示数会发生变化C.物体M不动时，电路中没有电流D.物体M不动时，电压表没有示数B练习：惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度（）A.方向向左，大小为kS/mB．方向向右，大小为kS/mC．方向向左，大小为2kS/mD.方向向右，大小为2kS/m01010UPD(2)若电位器（可变电阻）总长度为L，其电阻均匀，两端接在稳压电源U0上，当导弹以加速度a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输出一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出U与a的函数关系式。01010UPU0解：a=2kx/m∴x=ma/2kU=U0Rx/R=U0x/L=maU0/2kL=mU0a/2kL∝a练习:可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴OO′转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，系统静止时P在B点，当系统以角速度ω转动时，试写出输出电压U与ω的函数式。ASPCBωOO′输出电压U解：设弹簧伸长x,则kx=mω2(l+x)∴x=mω2l／(k-mω2)设滑动变阻器单位长度的电阻为r1U=IRx=Exr1/lr1=Ex/l∴U=Emω2／(k-mω2)练习、用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b在的示数均为10N（取g=10m／s2）．（1）若传感器a的示数为14N、b的示数为6.0N，求此时汽车的加速度大小和方向．（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零．解：（1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1=14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力F2=6.0N．滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有得a=4m/s2a1与F1同方向，即向前（向右）．（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1/=0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F2/=20N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得，a2=10m/s2，方向向左．121maFF练习：将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图所示，在箱的上顶板和下底板装有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动。当箱以a=2.0m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的传感器显示的压力为6.0N，下底板的传感器显示的压力为10.0N。(取g=10m/s2)(1)若上顶板传感器的示数是下底板传感器的示数的一半，试判断箱的运动情况。(2)要使上顶板传感器的示数为零,箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？m原来（1）（2）解：m向上做匀减速运动a向下a=2m/s2F=10NF1=6Nmgamg+F1-F=mam=0.5kg上顶板示数是下底板示数的1/2弹簧长度不变F=10NF2=5NFmgF2a2mg+F2-F=ma2a2=0静止或匀速运动上顶板示数为零，则弹簧变短，F≥10NF3=0Fmga3F–mg=ma3a3≥10m/s2向上加速或向下减速，加速度a≥10m/s2。03年上海高考18、图1为某一热敏电阻R(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。⑴为了通过测量得到图1所示I-U关系的完整曲线，在图2和图3两个电路中应选择的是图；简要说明理由：（电源电动势为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0-100Ω）⑵在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1=250Ω。由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为Ω。⑶举出一个可以应用热敏电阻的例子：_____________。2电压可从0V调到所需电压，调节范围较大解:⑵I1=9/250=0.036A=36mAI2=34mA由图1得UR=5.2V5.2R2=(9-5.2)/0.034=111.8Ω111.6—112.0热敏温度计VA图2VA图3I/mAU/V1234567500图110203040AR1R2热敏电阻图4R9V用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材如下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。ecab解：光敏电阻受到光照射时电阻变小，将光敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端，如图示：将交流电源与路灯接入c、e之间。220V光暗时光敏电阻值大，ab间电流小，磁性弱，ce处于闭合，灯亮。光亮时，光敏电阻值小，ab间电流大，磁性强，吸住衔铁，电路ce处断开，灯灭。