2019-2020学年高中物理 第三章 传感器本章优化总结课件 教科版选修3-2

第三章传感器本章优化总结几种敏感元件的特性1．光敏电阻：光敏电阻由金属硫化物等半导体材料制成，其电阻率对光非常敏感，光照增强时电阻率明显减小．2．热敏电阻(1)热敏电阻也是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感．(2)热敏电阻分为正温度系数热敏电阻(PTC热敏电阻，其电阻随温度升高而增大)和负温度系数热敏电阻(NTC热敏电阻，其阻值随温度升高而减小)．3．力敏电阻：通常电子秤中就有力敏电阻，它属于压力传感器．常用的压力传感器有金属应变片和半导体力敏电阻．力敏电阻一般以桥式连接，受力后就破坏了电桥的平衡，使之输出相应的电信号．4．气敏电阻：有一种煤气泄漏报警器，在瓦斯泄漏后会报警，甚至启动抽油烟机通风．这种报警器内就是装置了一种气敏电阻．这种半导体在表面吸收了某种自身敏感的气体之后会发生反应，而使自身的电阻值改变．气敏电阻根据型号对不同的气体敏感．有的是对汽油，有的是对一氧化碳，有的是对酒精．5．湿敏电阻：湿敏电阻对环境湿度敏感，它吸收环境中的水分，直接把湿度的变化转换成电阻值的变化．6．压敏电阻：压敏电阻常用作电路的过电压保护．将压敏电阻和电路并联，其两端电压正常时电阻值很大，不起作用．一旦超过保护电压，它的电阻值迅速变小，使电流尽量从自己身上流过，从而保护了电路．正规的电话机中少不了压敏电阻．7．电容：平行板电容器的电容与极板面、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化．例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化．8．数码管：许多电子产品上都有跳动的数码来指示电器的工作状态，其实数码管显示的数码都是由7个发光二极管构成的．每段上加上合适的电压，该段就发亮．9．干簧管：干簧管是一种磁敏的特殊开关．它的两个触点由特殊材料制成，被封装在真空的玻璃管里．只要用磁铁接近它，干簧管的两个触点就会吸合在一起，使电路导通，因此可以作为传感器用于计数、限位等．有一种自行车里程计，就是在轮胎上粘上磁铁，在一旁固定上干簧管构成的．干簧管装在门上，可实现开门时的报警、问候等功能．10．霍尔元件(1)霍尔元件如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．(2)霍尔电压UH＝kIBd.①其中k为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关．②一个霍尔元件的厚度d、比例系数k为定值，再保持I恒定，则UH的变化就与B成正比，因此霍尔元件，又称磁敏元件．信息社会离不开传感器，传感器技术已经深入到日常生活、生产、科学研究和军事技术等各个领域．为了要完成下列工作，你认为要用什么传感器？(1)电子秤称量物体的重力．(2)恒温孵化器要保持禽蛋的温度在一定范围内．(3)楼道自动开关的功能：晚上，有人经过楼道，开关自动接通；白天，不管是否有人经过楼道，开关都是断开的．[解析](1)电子秤需要将重力所产生的压力这个力学量转换成电流这个电学量，需要力传感器．(2)要控制恒温箱内的温度达到恒定值或在某一确定范围内，需要将温度这个热学量转换成易测量的电流这个电学量，应该用温度传感器．(3)根据要求，这个开关与亮度有关，可用光传感器控制；还与有没有人经过有关，有人经过可用人走动发出的声音控制，所以可用光和声传感器，也就是平时商店里卖的声光控电子开关．[答案](1)力传感器(2)温度传感器(3)声传感器和光传感器传感器与力学综合传感器是以一定的精度和规律，将所感受到的物理量(如力、热、磁、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件，其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件感受到的信号按一定规律转换成便于测量、便于利用和便于处理的信号．本专题将传感器与力学知识、物体的运动相结合，分析时应弄清楚力和力变化的含义，电信号对应于物体运动的什么情况，然后利用力学的有关知识进行分析．运动员参加蹦床项目的比赛．假设表演时运动员仅在竖直方向运动，通过传感器将弹簧床面与运动员间的弹力随时间变化的规律在计算机上绘出如图所示的曲线，依据图像给出的信息，回答下列物理量能否求出，如能求出，写出必要的运算过程和最后结果．(g取10m/s2)(1)运动员的重力；(2)运动员的最大加速度；(3)运动员跳起的最大高度．[解析](1)由弹力随时间变化的规律可知，运动员开始在蹦床上静止，弹力等于重力，故重力G＝F0＝500N.(2)运动员所受弹力最大时加速度最大，由牛顿第二定律得am＝Fm－mgm，又有G＝mg＝500N联立两式得：am＝40m/s2.(3)运动员离开蹦床在空中运动时间t＝(8.7－6.7)s＝2s上升和下落时间均为t0＝t2＝1s故跳起的最大高度Hm＝12gt20＝5m.[答案](1)500N(2)40m/s2(3)5m自动控制电路的设计各种传感器广泛应用于人们的日常生活、生产中，如空调机、电冰箱、电饭煲、火灾报警器、路灯自动控制器、电脑鼠标等．传感器把所感受的非电学量(如力、热、磁、光、声等)，转换成便于测量的电压、电流等电学量，与电路相结合达到自动控制的目的．光电管是利用光电效应原理将光信号转变为电信号的一种特殊装置，在各种自动化装置中有很多应用，街道路灯的自动控制开关就是其应用之一．如图所示为其模拟电路，其中A为光电管，当有较强的可见光照射光电管时，光电管中可有电流通过，相当于开关闭合；如果是在夜晚，没有强光照射光电管时，其相当于开关断开．B为电磁继电器(线圈中无电流时，其衔铁与触点及触片是合拢的，线圈中通有较大电流时，衔铁拉下触片，触点与触片分开)．D为路灯．放大器能将比较微小的电流放大．试将上述器材连接成一个街道的路灯自动控制电路，使白天路灯熄灭，夜晚自动点亮，简述其工作原理．[解析]电路连接如图所示．其工作原理为：白天，光电管在可见光照射下有电子逸出，从光电管阴极逸出的电子被加速到阳极，其电流经放大器放大后，使电路接通．电磁铁中的强电流形成的磁场将衔铁吸下，照明电路断开，路灯不亮；夜晚，光电管无光照射就无电子逸出，电磁铁中无电流通过，弹簧将衔铁拉回，照明电路接通．这样就达到日出路灯灭，日落路灯亮的效果．[答案]见解析