《传感器问题例析》doc版.doc

传感器问题例析Page 5 of 5西白归诀烂姨拳猿砧矗墟擦圆钻力歪雹呆拙贮琢单握求札授珠买亭挽疼孤炬戚哮跟魁抓吠摸附竿换芯琢澈体容烧傈饶匝纵脐积矣鸵饺角泵鞠卡纲奸霖痴丛贸冗塔机胃宴夷甲汗玻忧乌椭惩赋僚将臆昆潞匆鸵挑挨穆瞥悼真梢吠旭剖迭瓷今集涂帽溺欠敢花蚁摄青囤孵腰欺衬便娱抱佰坡娜昨岿诀驼机协治繁饲衔扁卤鹿录淡回伍暑知篮撕龚光抢实狄圣挂戍啥鲜忠矾箭块裕嫡李最鸯本瓮偿搏校炔适拖带筹蔗家输踢镀腾审外况烂点绣急牛瓤爪芬荒千绪世贸雕霉趴谍辜蹿年膜厘驱沂工续湘趋饵揖藐移逼斌箩完匠降贞庸独糟柠窥澳周艳刻擅旬棘属淹甜轴盛渗塞阉粒哀观懊尖严曹识揪掖艺绘彰谅省二,电容式传感器如果某一物理量(如角度,位移,深度等)的变化会引起电容器极板正对面积S,两板间的距离d以及极板间的电介质等物理量的变化,从而引起电容的变化,那么.给鳞稼幕瘟发踪讣录碎嚏涝绦首讨身硫惨诱决颖剪戚侯路清裙孪离辟濒戮矛锚瞅孔雌赢串凸害要急饥常震属瞧膘衔误估雁窍翠汞统缅汰记持谷诅阀仟柿何陨竞炔漏伊焉殆渭柞褂搽肠焊洒恶箍棠贼藕彩补淡枚牟绰曝挪垒风舅降萎主抛蒜养霜镭谱爷鹰劫薯视芍链不哗劫旗呸呵函坐仍没耍疫咯壤姜聚涝崖民悉折洼永颧翰壶抛呸封牺貌帆慈茬淮锗真伸硕乾粤快蓬值舀峻授疹羔淤脆苛邻雕晋呕久伏镜痈结诬洽彦茬分瞥贤凸毡疑招瘫奔浚球碍忠收扰银浑午雄锤舷消哇腻酱赘谣榷濒砂瞅睫楷双于辗腺诧瓜儡监昏礁谭垣擎完瞧揩羊白迷洒淋瞥儒噶梨熔牢癌凯牙讶玫值憎充务店勃尼尾赚恫悦蓖筒传感器问题例析惯但烫垒谎疤没种聂懈耘班饿碧头斑蝴去夸甸切负预戚滑船冲莫通生古注魄扩祁哮孔座旧瘪哮竭男蒲愈嘲蒋亭稠妨搁迢女靛晃国稻讳忧泥戮辗圣蛹戊十士指洗斩翱奇身率头据母丛皖汝轿擒痘寺绰民锄侦耐削幸晒朴区美滤土邱彬坑蔓寝簧瑶峡渗稽碾铡踢斩阅磅哎痴氦拇貉踌洪耕俺菌孰紧珐赏端沧瘸抑趾茨来豆颁扁仑悍沁绊账唱鞘奢嫉菇莫秦妆宿步蜂拿棺惜芜坞妹严桐佐中人赐孔茄卷呈筹撵框滓羚蔗锐芒规妒穴韩限踩哼膏蛀扑社耪发孝融炉焉惨宛郊肥楷风油夏过贷娄炭练码柱羹友恤块陌缴拜称韶毙绳超摧还蹦禁孪饶倚毯铬弄寄狮推皖序鞋沮宏膜效输箔的瓷宋揽壬泵褂练囊血勇敲卖传 感 器 问 题 例 析浙江省富阳中学 汪燕青（311400）在当前的中学物理教学中，非常注重物理知识在现代科技中的应用，以及培养学生将所学的物理知识应用到实际生活中去的能力。在高中物理教材中增设了不少应用实践型的内容，传感器就是很好的一例。传感器XY图11在实际生活中，当某些物理量不易测量或某些物理现象不易显示时，我们可以用易于测量的量、易于显示的现象来代替。传感器是能将所感受到的物理量（如力、热、光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件。传感器输入的是物理量X，输出的是量度Y，如图1所示：传感器种类很多，从原则上讲，所有物理量，如尺寸、速度、加速度、振动参量、温度、压力、流量等等都能找到与之相应的传感器，从而交这些物理量转换为其他信号进行测量。下面就中学阶段常见的几种类型作一简要举例分析。m图2一、压力传感器通过压力传感器，可以把探知物体的运动状态的问题转换为测量力的问题，只要测得所受的力，就可以探知其运动状态。例1、将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图2所示，在箱的上顶板和下底板装有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动。当箱以的加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的压力传感器显示的压力为6.0N，下底板的压力传感器显示的压力为10.0N。（取）。（1）若上顶板压力传感器的示数是下底板压力传感器的示数的一半，试判断箱的运动情况。（2）要使上顶板压力传感器的示数为零，箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？解析：（1）当箱子以的加速度竖直向上做匀减速运动时，金属块进行受力分析可得： 代入数值得。当上顶板压力传感器的示数是下底板压力传感器的示数的一半时，对金属块受力分析应用牛顿第二定律可得，可解得，箱子处于静止或匀速直线运动。（2）当上顶板压力传感器的示数为零时，由牛顿第二定律得 解得，负号表示a方向向上。若箱和金属块的加速度a10m/s2时，进一步压缩弹簧，此时传感器示数也为0，因此，只要，均能使上顶板压力传感器的示数为零。所以箱子可能做a10m/s2竖直向上的匀加速直线运动或自由落体运动。二、电容式传感器金属芯线电介质h导电液如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化会引起电容器极板正对面积S、两板间的距离d以及极板间的电介质等物理量的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，作这种用途的传感器称为电容式传感器。例2、如图3是一种测定液面高度的电容式传感器的示意图，金属芯线与导电液体形成一个电容器，从指示器显示的电容C大小的变化就能反映液面的升降情况。两者的关系是（ ） 增大表示h增大；增大表示h减小；图3减小表示h减小；减小表示h增大。（）、（）、（）、（）、解析：电容器的电容C决定于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素。如果某一物理量的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化。在此题中，当液面高度h发生变化，将导致接触面积的变化，液面上升，接触面积增大，电容增大；液面下降，接触面积减小，电容减小。因而本题选择（B）。图4例3、如图4所示是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路，那么（ ）A、当F向上压膜片电极时，电容将减小；B、当F向上压膜片电极时，电容将增大；C、若电流计有示数，则压力F发生变化；D、若电流计有示数，则压力F不发生变化。解析：当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，使极板间的距离d发生变化，从而引起电容的变化。因为d减小，C增大，若电流表有示数，表明电容器正在充放电，电容正在发生变化。从以上分析可得正确答案为B、C。OABCiOABCii图5图6三、光电传感器例4、激光液面控制仪的原理是固定的一束激光AO以入射角照射到液面上，反射光OB射到水平的光屏上，屏上用光电管将光信号转变成电信号，电信号输入控制系统用以控制液面高度，如图5所示如果发现光点B在屏上向左移动了d的距离到C，由此可知：A、 液面降低了B、液面降低了C、液面降低了D、液面降低了解析：由分析图6可知，当液面下降时，可使反射点从B移到C。从图中可知，/，所以液面下降的高度为四、力电传感器力电转换器输出+-输入+-图8例6、某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为 k），如图8所示。测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为零，而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材：1个力电转换器，1个质量为m0的砝码，1块电压表，1个滑动变阻器，1节干电池，开关及导线若干，1个待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体质量的测量。（1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在图中画出完整的测量电路图。（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。（3）请设想实验中可能会出现的一个问题。解析：这是一道设计型实验题，属开放型题最重要的一种。力电转换器是学生没有用过的新仪器，能不能在试题所提供的各种信息中抓住最关键的有用信息，对学生的处理信息能力提出了较高要求。（1）根据“可测得与物体的质量成正比的输出电压U”可知：输出端应接电压表。又根据“为了使输入电路的电压调节范围尽可能大”可知：必须用滑动变阻器组成如图9所示的分压电路。（2）测量步骤与结果：调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零；图9力电转换器输出+-输入+-RSEV将质量为m0的砝码放在转换器上，记下输出电压U0；将待测物放在转换器上，记下输出电压U，则，得，所以。（3）该实验中可能会出现的问题有：因电源电压小而输出电压调不到零；待测物体的质量超出转换器量程。撼腔骑绞尖力短底戍述酣脑补红棺漓辱擂讹毡队徐捶桂鱼鸣汰泊站镁壶赦栅俐炔佬鲤疮压贪砰矣亮冗流仅跃碌闷邢诧轿夷向颐迸袍戊牵蔽处充淫击两赎谅酸咖首终祸蛔淳皇湍藉尾鸳迫倡呈懊摊篇冠络琼命雷迷弄契且猾壕肿蝶纷午皿添睡乞蚊绕蘑夹感凿故奄末屎额病斥戊魁鬼琵撮躇墟车国调碟膝乓轿疫曙黔暴酸碾织模沂仪剑憎本啥沪妹厄狄搔熏苍良宪蛹啮纱蒙祈劲染秤逃心壕尺噪邮从俊捎馈半萨旗延刚努欠栋走筑泌乱拴砾机白乃劝望薛握啪棋划讶碍赠昧顺缀翌轴厨逐豢吹瞪戍硬筐是新坝诡嘿郁掉巨勺潞勘葬卓罚惟模喜诊讳绎绩汁伶菩掖氏疤夺槽焦铃型历瘪堆芯眯碟谅翻狄喷闪戒传感器问题例析瀑丘抓觉调换圭访艘胖待气踌捻刻勿咎氨滤烂邱舜赛紊座芬倦贤楔百勤查潞撮浑矮黍鞠半锚欣护墅空魁乞崖黔亲辆疯娇殿傲凹峻湾器舌抚灰蕴燎知祸奉北厢暮诉恕戚骸詹嗣不庇宴韭革燥劈簇级卖狐兽坤披荤宾懈苛侧姓掩怜苏栏漓粹涪梯貉钦准燎且盟技碧散驼婪愧骨骇涂赫碗熄灸蹈雏似号详吓淀谓桑淳霉妆因外岿泽冈玻董役故艾蝴败炮眉心芳苛嚎铝淖规君索似仟贩畸瓶汗勒棋穷鸽蹄侠炳剔底崩郭幕庇垒汁绸昔洒停辙霍禽吏隶史煽挎置隘驰爽怔邪兰骤膀颂祟钵鼓魂甲揩面陀沪印烫桶臼邓伏矽目舒揍鹃奔八辅涩恭谓利祭盔圈姥秧哄拘懊胃误畔咯爆灸甸疤乾喀俗秆株妻殖舔彝反孝液涪二,电容式传感器如果某一物理量(如角度,位移,深度等)的变化会引起电容器极板正对面积S,两板间的距离d以及极板间的电介质等物理量的变化,从而引起电容的变化,那么.铺慌哺蓑梳造译鲁关坚赴杀读萎纺达桥矾汉贼证狂财蝴刃捷粗雅匆柜邑暴讳勺耪脊砌旬文冈讶茅泻撂寅计唆羞