选修3-2 6.2传感器的应用

1、2 传感器的应用复习问题请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？ 光敏电阻将光学量光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量磁感应强度这个磁学量转化为电压这电压这个电学量个电学量。 传感器应用的一般模式：传感器应用的一般模式：金属梁金属梁U U1 1U U2 2阅读教材，思考并回答问题：阅读教材，思考并回答问题：（1 1）电子秤用的测力装置是什么？它由什么元件组成？）电子秤用的测力装置是什么？它由什么元件组成？（2 2）简述力传感器的工作原理。）简述力传感器的工作原理。（3 3）应变片能够

2、把什么力学量转化为什么电学量？）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？ 3、应变片能够把物体形变形变这个力学量转化为电压电压这个电学量1、电子秤的测力装置是力传感器，它是由一个金属梁和两 个应变片一起组成了测力部分。 2、在金属梁没有力的情况下，金属梁处于水平状态，梁 的上下应变片的长度没变且相等，两应变片的电阻大小 也相等，当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向 下弯曲，使得金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大， 两端电压也变大，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变 小，两端的电压也减小，使得两应变片两端电压值不相 等，存在差值，控制电路就通过这个差值，经过放大电 路将差值信号放大，再在显示器

3、上显示出数字，即力F 的大小。例例1:(1)惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆的示意图如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一个质量为上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于块原来静止，弹簧处于自然长度自然长度。滑块上有指针，可。滑块上有指针，可通过标尺测出

4、滑块的位移，然后通过控制系统进行制通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离离O点的距离为点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度，则这段时间内导弹的加速度 （ ） A. 方向向左，大小为方向向左，大小为 k S/m B方向向右，大小为方向向右，大小为 k S/m C方向向左，大小为方向向左，大小为 2k S/m D. 方向向右，大小为方向向右，大小为 2k S/m01010UPD(2)若电位器（可变电阻）总长度为若电位器（可变电阻）总长度为L，其电阻均匀，其电阻均匀，两端接在稳压电源两端接在稳压电

5、源U0上，当导弹以加速度上，当导弹以加速度a沿水平方向沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输产生位移，此时可输出一个电信号出一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信息源，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出为控制导弹运动状态输入信息，试写出U与与a 的函数关的函数关系式。系式。01010UPU0解解：a=2kS/m S=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 S / L=maU0 / 2kL=mU0 a / 2kLa力电转换器力电转换器输出输出输入输入受压面受压面例例2 2：某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换

6、器某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器 ，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k k）如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出如图所示，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电压为0 0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压成正比的输出电压U U。现有下列器材：力电转换器、质量为现有下列器材：力电转换器、质量为m m0 0的砝码、电压表、滑动的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于

7、力电变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体的测量转换器的受压面上）。请完成对该物体的测量m m。（1 1）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。（2 2）简要说明测量步骤，求出比例系数）简要说明测量步骤，求出比例系数k k，并测出待测物体的，并测出待测物体的质量质量m m。（3 3）请设想实验中可能会出现的一个问题。）请设想实验中可能会出现的一个问题。力电转换器力电转换器输出输

8、出输入输入受压器受压器SVR解析：解析： （1 1）设计的电路图如图所示，输入电压采用）设计的电路图如图所示，输入电压采用分压接法目的是让电压可调范围尽可能大。分压接法目的是让电压可调范围尽可能大。（2 2）测量步骤：）测量步骤：调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。将质量为将质量为mm0 0的砝码放在转换器上，记下输出电压的砝码放在转换器上，记下输出电压U U0 0。将待测物体放在转换器上，记下输出电压将待测物体放在转换器上，记下输出电压U U1 1，由，由U U0 0=km=km0 0g g得得k=Uk=U0 0/m/m0 0g g，测得，测得U

9、U1 1=kmg=kmg，所以，所以m=mm=m0 0U U1 1/U/U0 0。 （3 3）可能出现的问题）可能出现的问题 因电源电压不够而输出电压因电源电压不够而输出电压调不到零。调不到零。待测物体质量超出转换器量程。待测物体质量超出转换器量程。二、温度传感器的应用（一）二、温度传感器的应用（一）电熨斗电熨斗 温控开关：温控开关：取一个报废的日光灯启辉器，去掉外壳，敲碎氖泡的玻璃，可以看到一个U型的双金属片，双金属片的旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点，常温下触点是分离分离的，用火焰靠近金属片，可以看到双金属片的形状变化，与金属丝接触，熄灭火焰，双金属片逐渐恢复原状，两个触点分离。

10、把这个启动器用到温控开关，可以控制小灯泡的亮和灭。把这个启动器用到温控开关，可以控制小灯泡的亮和灭。U形动触片形动触片静触片静触片氖泡氖泡图1常温下两触点分离。温度升高，两种金属膨胀常温下两触点分离。温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。双金属片温度传感器双金属片温度传感器：电熨斗的构造电熨斗的构造思考与讨论：思考与讨论：常温下两触点是接触还是分离？常温下两触点是接触还是分离？如何用调温旋钮来升高或降低电烫斗的工作如何用调温旋钮来升高或降低电烫斗的工作温度？温度？思思考与讨论考与讨论：（1）常温下，上、下触点应是接触的还是

11、分离）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用 （2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？的？熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降

12、螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的 二、温度传感器的应用（二）二、温度传感器的应用（二）电饭锅电饭锅1、感温铁氧体的特点：感温铁氧体的特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。注意：这个温度在物理学中称为 该材料的“居里温度”或“居里点”。思考：取一块电饭锅用的感温铁氧体，使它与一小块的思考：取一块电饭锅用的感温铁氧体，使它与一小块的永磁体吸在一起，用功率较大的电烙铁给铁氧体加热，永磁体吸在一起，用功率较大的电烙铁给铁氧体加热，经过一段时间后会发生什么现象？经过一段时间后会发生什么现象？现象

13、：当用电烙铁给铁氧体加热时，经过一段时间，铁 氧体就会失去磁性。2、电饭锅的原理、电饭锅的原理手 动 开关接 线 螺丝触点永磁铁电热板内胆底转轴感温铁氧体思考与讨论：思考与讨论：（1）开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个 按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。（2）煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？ 为什么？水沸腾后，锅内大致保持水沸腾后，锅内大致保持100100不变。不变。（3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底

14、的温度会有什么变 化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至至“居里点居里点103”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热停止加热（4）如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100不变，温度低于不变，温度低于“居里点居里点103”，电饭锅不能，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到自动断电。只有水烧干后，温度升高到103才才能自动断电。能自动断电。三、光传感器应用三、光传感器应用-火灾报警器火灾报警器1、结构图、结构图