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课件

2常见传感器的工作原理及应用\n电学量变形R0(1＋θt)\n而变化\n半透半反镜\n光敏二极管\n温度传感器是指将温度信号转换成电信号的一类传感器,一般有两类：一类是随温度变化引起传感器中某个组件形状的变化(如热胀冷缩)达到转换信号的目的；还有一类是随温度变化引起电阻的变化(如半导体材料中热敏电阻随温度升高电阻减小)达到转换信号的目的．光电传感器是指将光信号转换为电信号的一类传感器,一般以光敏电阻为主要元件,因为光敏电阻电阻值随光照加强而减小,将光敏电阻连接到电路中时,光照改变就会引起电路中其他电学量的改变,从而将光信号转换为电信号.一、温度传感器二、光电式传感器\n【典例1】如图3－2－3甲所示为温度在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,它的电阻随温度的变化图像如图3－2－3乙所示．当a、b两端电压Uab＜0时,电压鉴别器会令开关K接通,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度升高；当Uab＞0时,电压鉴别器会令K断开,停止加热．试计算恒温箱内的温度恒定在多少摄氏度？\n解析在Uab＜0时,K接通,箱内的温度升高,导致RT减小．当RT＝20kΩ时Uab＝0,而Uab＝0是K断开、闭合的分界点,此温度可由图3－2－3乙中读出,RT＝20kΩ时对应的温度T＝35℃,故恒温箱的温度恒定在35℃.答案35℃\n【变式1】下列有关电熨斗的说法正确的是()．A．电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片,两片金属的膨胀系数相同B．常温下,上下触点是接触的；温度过高时,双金属片发生弯曲使上下触点分离C．需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移D．电熨斗中的双金属片是一种半导体材料\n解析常温下,上下触点是接触的；温度过高时,双金属片发生弯曲使上下触点分离；需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移；双金属片由膨胀系数不同的金属材料制成,上面的膨胀系数大．答案BC\n【典例2】如图3－2－4所示的电路中,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,LED为发光二极管(电流越大,发出的光越强),且R与LED距离不变,下列说法正确的是()．\nA．当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率增大B．当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率减小C．当滑动触头P向右移动时,L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动触头P,L消耗的功率都不变解析分析电路,当滑动触头P向左移时,通过LED的电流变大,光照增强,光敏电阻R变小,通过灯泡的电流变大,故L消耗的功率增大,故选A.答案A\n【变式2】在街旁的路灯、江海里的航标都要求在夜晚亮,白天熄,它们是利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制,这是利用半导体的()．A．压敏性B．光敏性C．热敏性D．三种特性都利用解析街旁的路灯和江海里的航标,都是利用了半导体的光敏性,夜晚电阻大,白天电阻小,控制了电路的通断．答案B\n开拓视野几种常见传感器简介1．压力传感器全自动洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器．图3－2－5(a)中1和2分别是洗衣机的外筒和内筒,3是气室,4是传感器的膜盒．气室下部与外筒连通,上部与软管、传感器的膜盒连通．向内筒中注水时,水通过内筒壁上的小孔流入外筒,部分水进入气室,气室内被密封的空气压强增大,使传感器的膜片向上凸起如图3－2－5(b)．\n当筒中水位到达设定的高度时,凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离,并与静触点c接触,从而接通控制电路,关闭进水电磁阀门,接通洗涤电动机电源,开始洗涤衣物．\n2．涡流式电感传感器利用涡流效应可改变电感线圈电感的原理测定动态压强．如图3－2－6所示,一个空心线圈L由高频电源供电,在线圈的一端置有一块用非铁磁性材料制成的导电金属膜片,膜面与线圈的轴线相垂直．\n当高频电流输入电感线圈L时,线圈便产生变化的磁场．在变化磁场的作用下,靠近线圈的金属膜片感应出与线圈轴线同心的涡流,而涡流又产生一个磁场,使通过线圈的磁通量发生变化,这也是一种互感作用．由图可知,在被测压强p作用下,金属膜片将沿着线圈的轴线移动,膜片靠线圈越近,互感越大；反之,则越小．因此,金属膜片在被测压强作用下发生位移时,电感线圈的等效电感与被测压强之间存在确定的函数关系．可以证明,当金属膜片受被测压强的作用移近线圈L时,互感增强将导致线圈的等效电感减小．若用电学方法测出等效电感的变化,即可得知被测压强p.\n3．电容传感器有一种指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的．该传感器表面集合了300×300个电容器极板,其外面是绝缘表面．当用户的手指放在绝缘表面上时,皮肤就组成了电容阵列板的另一面,由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同,使电容阵列中不同位置的电容器的电容值也不相同．通过读取这些电容的差异,就能够获取指纹信息．这样,就把指纹的信息转化成了电信号,再经过电路对电信号的比较,就可以实现对指纹的识别．\n\n答案0.15mm\n1．如图3－2－8所示为电阻R随温度t变化的图线,下列说法中正确的是()．A．图线1是热敏电阻的图线,它是用金属材料制成的B．图线2是热敏电阻的图线,它是用半导体材料制成的C．图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D．图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高温度传感器的应用\n解析图线1是金属热电阻的图线,灵敏度低．A、C不正确．图线2是热敏电阻的图线．答案BD\n2．图3－2－9是一火警报警器的部分电路示意图．其中R2为用半导体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()．A．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\n解析R2处出现火情,温度升高,R2减小,导致R2两端电压减小,通过R3的电流减小,路端电压U减小．答案D\n3．如图3－2－10所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发生的光呈现高电阻状态,发生火灾时,下列说法正确的是()．A．进入罩内的烟雾遮挡了光线,使光电三极管电阻更大,检测电路检测出变化发出警报B．发生火灾时,光电三极管温度升高,电阻变小,检测电路检测出变化发出警报光电传感器的应用\nC．发生火灾时,进入罩内的烟雾对光有散射作用,部分光线照到光电三极管上,电阻变小,发出警报D．以上说法均不正确解析由报警器的原理可知,发生火灾时烟雾进入罩内,使光发生散射,部分光线照在三极管上使其电阻变小,与传感器相连的电路检测出这种变化,发出警报,故C对．答案C\n4．如图3－2－11所示为实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图,A为光源,B为光电接收器,A、B均固定在小车上,C为小车的车轮．车轮转动时,A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号,被B接收并转换成电信号,由电路记录和显示．若实验显示单位时间的脉冲数n,累积脉冲数为N,则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是______________________________________________,小车速度的表达式为v＝_________；行程的表达式为s＝____________．\n解析小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积．设车轮的半径为R,单位时间内车轮转动圈数为k,则有v＝2πRk.若齿轮的齿数为P,则齿轮转一圈,电子电路显示的脉冲数即为P,已知单位时间内的脉冲数为n,所以单位时间内齿轮转动圈数为n/P.由于齿轮与车轮同轴相连,他们在单位时间内转动圈数相等,即k＝n/P.由以上两式可得：v＝2πRn/P.同理,设车轮转动的累积圈数为k,则有s＝2πRk,且k＝N/P,所以s＝2πRN/P可见,要测小车的速度v和行程s,必需测出单位时间的脉冲数n和累积脉冲数N,车轮半径R和齿轮的齿数P.答案车轮的半径R和齿轮的齿数P2πRn/P2πRN/P