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(5)课件

常见传感器的工作原理及应用\n1.应变式力传感器可用来测量各种力,其中的应变片能把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量.2.电熨斗因为装有双金属片温度传感器,所以它能够自动控制温度.双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属.3.电饭锅中的温度传感器主要元件是感温铁氧体.4.有一种火灾报警器是利用了光传感器的作用,即利用烟雾对光的散射来工作.\n\n1．传感器问题的分析思路物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件.我们可以把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.\n2．分析传感器问题要注意四点(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.(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.\n(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的基础上,分析电路输出信号与输入信号间的规律.(4)执行机构工作分析：传感器的应用,不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程,还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程.\n1．关于传感器的作用,下列说法正确的是()A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制B．传感器可以用来采集信息C．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量D．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量解析：传感器是将感受到的非电学量转化为电学量的仪器,不同的传感器感受不同的信号,B、C对.答案：BC\n1．力传感器的应用——电子秤(1)组成及敏感元件：由和组成,敏感元件是.(2)工作原理：金属梁应变片应变片(3)作用：应变片将物体这个力学量转换为这个电学量.形变电压\n敏感元件工作原理电熨斗双金属片温度变化时,由于双金属片上层金属与下层金属的膨胀系数不同,双金属片发生弯曲从而控制电路的通断2.温度传感器的应用实例\n敏感元件工作原理电饭锅感温铁氧体(1)居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性,温度上升到约时,失去铁磁性,这一温度称为“居里温度”(2)自动断电原理：用手按下开关通电加热,开始煮饭,当锅内加热温度达到时,铁氧体失去磁性,与永久磁铁失去吸引力,被弹簧片弹开,从而推动杠杆使触点开关断开\n3．光传感器的应用——火灾报警器(1)组成：发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板.(2)工作原理：平时光电三极管收不到LED发出的光,呈现高电阻状态,烟雾进入罩内后对光有散射作用,使部分光线照射到光电三极管上,其电阻变小.与传感器连接的电路检测出这种变化,就会发出警报.\n图6－2－1\n1．生活中的传感器(1)与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等,都用到温度传感器.(2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等.(3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等.\n2．农业生产中的传感器(1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况,自动供水或停水.(2)温度传感器和湿度传感器：可对上百个点进行温度和湿度监测.由于有了十分先进可靠的测试技术,有效地减少了霉变现象.\n3．工业生产中的传感器(1)生产的自动化和半自动化.用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统,代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作.各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态,以确保产品质量,提高效率和产量,节约原材料等.(2)在数控机床中的位移测量装置,就是利用高精度位移传感器进行位移测量,从而实现对零部件的精密加工.\n4．飞向太空的传感器在航空、航天技术领域,传感器应用得较早,也应用得较多,在运载火箭、载人飞船中,都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用.这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用.在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器,如测量血压、心电图、体温等.\n2．用遥控器调换电视机频道的过程,实际上就是传感器把光信号转换为电信号的过程,下列属于这类传感器的是()A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭煲中控制加热和保温的温控器\n解析：红外报警器是当有人或物通过时,将红外线遮住从而使得光信号被遮住,光电效应装置无电流通过,红外报警器则通过另外的装置联系一定的动作,是将光信号转换为电信号的过程,则A选项正确；而B选项是将声音信号转换为电信号的过程,C选项是利用压力来传递信息的过程,D选项则通过温度来控制的过程.答案：A\n[例1]用如图6－2－2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,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的示数均为10N(取g＝10m/s2).图6－2－2\n(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？[思路点拨]传感器上所显示出的力的大小,即弹簧对传感器的压力,据牛顿第三定律知,此即为弹簧的弹力大小,亦即该弹簧对滑块的弹力大小.\n\n[答案](1)4.0m/s2向右(2)以方向向左大小为10m/s2的加速度运动\n[借题发挥]力传感器是一种测量力的大小的工具.此类题常与牛顿第二定律、运动学的内容综合.当只知道加速度的大小和方向,不知道物体的运动方向时,物体的运动情况有两种可能即沿某一方向的匀加速或相反方向的匀减速,不要漏掉其中一种.\n1．如图6－2－3所示,实线是某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向运动时,数据采集器记录下的力传感器中拉力的大小变化情况.从图中可知道该钩码的重力约为________N,A、B、C、D四段图线中钩码处于超重状态的为________,处于失重状态的为________.图6－2－3\n解析：当拉力的大小不变时,力传感器悬挂的钩码在竖直方向是匀速运动,此时力传感器的读数就是钩码的重力,约10N.当力传感器读数大于重力时,钩码处于超重状态,即A、D状态.当力传感器读数小于重力时,钩码处于失重状态,即B、C状态.答案：10A、DB、C\n[例2]如图6－2－4所示,甲为在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1＝20kΩ、R2＝10kΩ、R3＝40kΩ,RT为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示,a、b端电压Uab≤0时,电压鉴别器会令开关S接触,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度升高；当a、b端电压Uab＞0时,电压鉴别器会令开关S断开,停止加热,则恒温箱内的温度可保持在()图6－2－4\nA．10℃B．20℃C．35℃D．45℃[思路点拨]由题可知,Uab＝0是电热丝加热和停止加热的临界状态,根据串联分压知识可求得Uab＝0时RT的阻值,然后由乙图读出对应的温度.\n[答案]C\n[借题发挥]本题利用热敏电阻为传感器,将温度变化的信号转化为电信号,结合电子线路来控制加热电路.正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线,是解决本类习题的关键.\n2.家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件,PTC元件是由钛酸钡等导体材料组成的电阻器,其电阻率ρ与温度t的关系如图6－2－5所示.由于这种特性,PTC元件具有发热、控温双重功能,若电热灭蚊器环境温度低于t1,以下判断正确的是图6－2－5\nA．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．当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1或t2不变D．当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1～t2间的某一值不变\n解析：从图线上可以看出,如果通电前PTC的温度t＜t1,通电后由于发热的缘故,温度升高致使电阻率减小,发热功率将进一步增大,形成正反馈效应,致使温度大于t1,随着温度的升高,电阻率也增大,功率将减小,形成负反馈效应,发热功率的减小制约了温度的进一步升高.从以上分析可知,t＜t1时,温度会升高；t＞t2时,温度会降低.故温控点在t1～t2,即温度保持在t1～t2间的某一值.综上分析可知,本题的正确选项是A、D,即温度控制点在图像的两个极值点之间.故选A、D.答案：AD