2019-2020学年高中物理 第六章 传感器章末专题归纳课件 新人教版选修3-2

章末专题归纳非电学量电学量通断温度光力声1．传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如框图所示：专题一传感器的工作原理及常用敏感元件非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量2．常见敏感元件及特性(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大。(2)热敏电阻和金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大，热敏电阻有正温度系数电阻、负温度系数电阻两种。正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小。(3)霍尔元件：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件，UH＝kIBd。3．传感器应用的一般模式为[例1]一热敏电阻阻值随温度变化的图像如图6－1甲所示，请应用这一热敏电阻自行设计一控制电路。当温度高于某一值后红色指示灯亮。而温度低于这一值时绿色指示灯亮。图6－1给你的器材有；如图6－1乙所示的继电器一只(a、b为常闭触点。c、d为常开触点)。热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿色指示灯各一个、两个独立的电池组、开关两个、导线若干等。[思路引导]热敏电阻在温度较高时阻值较小，此时与之串接的电路电流较大。只有流过继电器的电流增大到恰当值，才会使继电器工作使c、d闭合。[解析]由图甲可以看出热敏电阻的阻值随温度升高而降低，是负温度系数的热敏电阻，设计的控制电路如下图所示。当温度低于这一值时，热敏电阻的阻值较大，流过电磁铁的电流较小，a、b为常闭触点，连接上绿灯，绿色指示灯亮。当温度高于这一值时，热敏电阻的阻值较小，流过电磁铁的电流较大，c、d被闭合，连接上红灯，红色指示灯亮。滑动变阻器作限流式连接，通过调节满足热敏电阻对某一温度的控制。[答案]设计的控制电路如下图所示：方法总结滑动变阻器在电路中作限流式连接，若增大滑动变阻器的值，则控制的温度值增大；若减小滑动变阻器的值，则控制的温度值减小。1．如图6－2所示，一火警报警器的部分电路示意图。其中R2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I，报警器两端的电压U的变化情况是［变式训练］图6－2A．I变大，U变大B．I变大，U变小C．I变小，U变大D．I变小，U变小解析R2所在处出现火情时，温度升高，则R2的阻值减小。R2↓→R总↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓，故显示器的电流I变小，由U＝E－I干r，I干变大，知U变小，故选项D正确。答案D传感器问题具有涉及知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，原理较难理解，搞清传感器的工作原理是求解问题的关键。1．感受量分析要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等。专题二分析传感器工作原理的思路和方法2．输出信号分析明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。3．电路结构分析认真分析传感器所在电路的结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。几种传感器与其相联系的物理知识传感器种类敏感元件与之相联系的物理知识光电传感器光敏电阻直流电路动态分析温度传感器热敏电阻直流电路问题力传感器压敏电阻等力学、运动学与直流电路电容传感器电容器力、运动与含容电路[例2]如图6－3为某一热敏电阻(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。图6－3(1)为了通过测量得到如图6－3所示I－U关系的完整曲线，在图6－4甲和图6－4乙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，滑动变阻器的阻值为0～100Ω)图6－4(2)在如图6－5所示电路中，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。图6－5(3)举出一个应用热敏电阻的例子。[思路引导](1)为得到I－U关系的完整曲线、滑动变阻器应接成分压式电路；(2)应根据串并联电路特点和I－U图像求电压和电阻。[解析](1)应选择图甲，因为图甲电路电压可从0V调到所需电压，电压调节范围大。(2)由题图知R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9V电源上，总电流I＝70mA，R1＝250Ω。设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝(70－9250×103)mA＝34mA。由图像查得34mA对应的电压为5.0V，R2两端电压U2＝9V－5.0V＝4.0V，所以R2＝4.0V30×10－3A＝117.6Ω。[答案](1)甲因为甲电路电压可从0V调到所需电压，电压调节范围大(2)5.0117.6(3)恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等(任选一例)2．传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图6－6甲所示，图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图。问：［变式训练］图6－6(1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在________(填“a”或“b”)处。(2)若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________(选填“左”或“右”)移动。(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路不能工作的原因可能是_________________________________________________________________________解析(1)热敏电阻RT在温度升高时阻值变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，把右侧衔铁吸引过来，与a接触，故c应接在a处。(2)为使启动报警的温度提高，则应使电路中电阻更大，这样使报警温度提高，滑动变阻器的滑片应左移。答案(1)a(2)左(3)电源提供电压太小，以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大