2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第5章传感器5.2常见传感器的工作原理及应用(2)课件

2常见传感器的工作原理及应用\n水位传感器、负载量传感器、水温传感器、布质传感器、洗涤粉传感器、脏污程度传感器、脱水传感器制冷系统控制系统\n一、传感器的工作原理分析1．传感器的应用过程传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集(2)信息加工、放大、传输(3)利用所获得的信息执行某种操作．2．传感器的原理分析(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．\n(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的电路结构,在熟悉常用电子元件工作特点基础上,分析电路输出信号与输入信号间的规律．(4)注意结合平时生产、生活中的一些实例,多思考,多动手,多查资料．\n二、生产、生活中的传感器(一)生活中的传感器1．温度传感器的应用：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度相关的家用电器．2．红外线控制器的应用：自动门、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等．3．光敏传感器的应用：照相机中．4．压力传感器的应用：电子秤中．\n(二)农业生产中的传感器传感器广泛应用于耕种、栽培、收割、运输、排灌等过程的自动控制,例如：1．无人管理的自动灌溉系统,用到了温度传感器．2．自动化温室种植用到了温度传感器．3．现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器．(三)工业生产中的传感器1．机器人、自动化小车、自动机床,各种自动生产线或者系统中,用到了各种传感器．2．生产的安全设施中,用传感器监控关键部位,随时发现安全隐患．3．自动控制系统中的检测环节,用传感器对被控对象进行精确检测．\n(四)飞向太空的传感器1．航空中,飞机能利用传感器给出所在高度与给定高度的差值．2．运载火箭、载人飞船中,应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用．载人飞船中还使用了一类测量航天员各种生理状况的生理传感器．\n【典例1】压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图3－3－1(a)所示,将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球,小车向右做直线运动过程中,电流表示数如图3－3－1(b)所示,下列判断正确的是()．\nA．从t1到t2时间内,小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内,小车做匀加速直线运动C．从t2到t3时间内,小车做匀速直线运动D．从t2到t3时间内,小车做匀加速直线运动\n解析由压敏电阻的特点知,t1～t2时间内电流I均匀增大,所以压敏电阻所受的压力增大,故小车做加速度增大的变加速运动．t2～t3时间内,电流不变,说明小车做匀加速直线运动,故D正确．答案D借题发挥在分析传感器原理时,应首先分析感受量及其变化,然后分析引起感受量变化的原因和感受量变化产生的结果．\n【变式1】传感器的种类多种多样,其性能也各不相同,空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内使用的传感器是()．A．生物传感器B．红外传感器C．温度传感器D．压力传感器解析空调机根据温度调节工作状态,所以内部使用了温度传感器．答案C\n【典例2】温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的,如图3－3－2甲所示,电源的电动势E＝9.0V,内阻不计；G为灵敏电流表,内阻Rg保持不变；R为热敏电阻,其电阻阻值与温度的变化关系如图3－3－2乙所示,闭合开关S,当R的温度等于20℃时,电流表示数I1＝2mA；当电流表的示数I2＝3.6mA时,热敏电阻的温度是()．A．60℃B．80℃C．100℃D．120℃\n答案D借题发挥本题中：感受量——热敏电阻的阻值R,随温度直线变化．温度越高,电阻越小．引起感受量变化的原因——外界温度．感受量变化产生的结果——电流的变化．\n【变式2】如图3－3－3甲为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线,图乙为用此热敏电阻R和继电器做成的温控电路,设继电器的线圈电阻为Rx＝50Ω,当继电器线圈中的电流大于或等于Ic＝20mA时,继电器的衔铁被吸合；左侧电源电动势为6V,内阻可不计,试问温度满足什么条件时,电路右侧的小灯泡会发光？\n解析根据闭合电路的欧姆定律,E＝Ic(Rx＋Rt)Rt＝250Ω,此时温度为50℃.答案等于或大于50℃\n开拓视野酒精测试仪根据国家质量监督检验检疫局发布的《车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验》(GB19522～2004)中规定,驾驶人员每100毫升血液酒精含量大于或等于20毫克,并每100毫升血液酒精含量小于80毫克为酒后驾车；每100毫升血液酒精含量大于或等于80毫克为醉酒驾车．\n半导体型酒精测试仪采用氧化锡半导体作为传感器,这类半导体器件具有气敏特性,当接触的气体中其敏感的气体浓度增加,它对外呈现的电阻值就降低,半导体型呼气酒精测试仪就是利用这个原理做成的．这种半导体在不同工作温度时,对不同的气体敏感程度是不同的,因此半导体型呼气酒精测试仪中都采用加热元件,把传感器加热到一定的温度,在该温度下,该传感器对酒精具有最高的敏感度．\n【典例3】酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器．酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化,在如图3－3－5所示的电路中,不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻,这样,显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系．如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是()．\nA．U越大,表示c越大,c与U成正比B．U越大,表示c越大,但是c与U不成正比C．U越大,表示c越小,c与U成反比D．U越大,表示c越小,但是c与U不成反比\n\nA．当汽车加速前进时,甲灯亮B．当汽车加速前进时,乙灯亮C．当汽车刹车时,乙灯亮D．当汽车刹车时,甲、乙两灯均不亮解析当汽车向右加速时,M向左移动,与a接触,乙灯亮；当汽车刹车时,M向右移动,与c接触,甲灯亮.答案B\n2．用3－3－7所示的传感器可以测物体的位移,说明它们的工作原理有什么不同？答案甲是将位移信号转化成电信号,乙是将位移信号转化为电感信号．\n\nA．①③B．②③C．②④D．①④解析当电热灭蚊器温度由0升到t1的过程中,电阻器的电阻率随温度升高而减小,其电阻R随之减小,由于加在灭蚊器上的电压U保持不变,灭蚊器的热功率P随之增大,当t＝t1时,P＝P1达到最大．当温度由t1升高到t2的过程中,R增大,P减小；而温度越高,其与外界环境温度的差别也就越大,高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P′也就越大；因此在这之间的某一温度t3会有P＝P3＝P′,即电热功率P减小到等于散热功率时,即达到保温；当t<t3,P>P′,使温度自动升高到t3；当t>t3,P<P′,使温度自动降为t3,实现自动保温,正确答案为D.答案D\n4．试说明下列各种场合分别选用了怎样的传感器：(1)普通电冰箱中的自动温度控制电路；(2)马路两侧的路灯控制电路；(3)气垫导轨上用的光电门；(4)楼梯灯控制电路；(5)宾馆的自动门；(6)话筒；(7)非接触式体温计；(8)遥控电视机的接收器．\n