简单传感器的应用

1、 一般情况下传感器产生的电压（流）等一般情况下传感器产生的电压（流）等电学物理量的信号值都相当微弱的，难以电学物理量的信号值都相当微弱的，难以带动执行机构去实现控制动作，所以一般带动执行机构去实现控制动作，所以一般都是将传感器和各种门电路、放大电路等都是将传感器和各种门电路、放大电路等结合在一起使用的。结合在一起使用的。传感器应用的一般模式（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量（输出应变片上下表面的电压差值

2、）学量（输出应变片上下表面的电压差值） 形变形变（力学量）（力学量） 电电 压压（电学量）（电学量） 转换转换金属梁1.关于电子秤中应变式力传感器的说法正关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是确的是（ ）A.应变片多用半导体材料制成应变片多用半导体材料制成B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小反之，变小C.传感器输出的是应变片上的电压传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大，输出的电压差值也越大外力越大，输出的电压差值也越大A B D1、动圈式话筒、动圈式话筒：膜片在声波下振动，使得膜片在声波下振动，使得与膜片相连的线圈中产生周期与膜片相连的线圈中

3、产生周期性变化的感应电流。性变化的感应电流。2、电容式话筒、电容式话筒：金属膜片金属膜片M 和固定电极和固定电极 N 形成一形成一 个电容器个电容器,M 在声波作用下振动在声波作用下振动,电容电容器的电容作周期性变化，电阻器的电容作周期性变化，电阻R 两端两端的电压也做相应的周期性变化。的电压也做相应的周期性变化。绝缘支架绝缘支架例题：（例题：（20032003上海试题）唱卡拉上海试题）唱卡拉OKOK用的话筒，内有用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永弹性膜片后面粘接一个轻小的金属

4、线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是信号转变为电信号。下列说法正确的是 ( )( )A A 该传感器是根据电流的磁效应工作的该传感器是根据电流的磁效应工作的B B 该传感器是根据电磁感应原理工作的该传感器是根据电磁感应原理工作的C C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B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

5、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：电烫斗的构造电烫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？练习、练习、 如图所示是一种热敏电阻（如图所示是一种热敏电阻（PTCPTC元件）的电阻元件）的电阻R R随温度随温度t t变化的关系图线，这种元件具有发热、控温双变化的关系图线，这种元件具有发热、控温双重功能常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来加温并重功能常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来加温并控制

6、温度如果将该元件接到控制温度如果将该元件接到220V220V恒定电压下，则恒定电压下，则A A通电后，其电功率先增大后减小通电后，其电功率先增大后减小B B通电后，通电后，其电功率先减小后增大其电功率先减小后增大C C当其发热功率等于散热功率时，温度保持在当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t t1 1不变不变D D当其发热功率等于散热功率时，温度保持在当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t t1 1 到到t t2 2之间的某一值不变之间的某一值不变t/Rt2t1AD感温铁氧体的感温铁氧体的“居里点居里点”：感温铁氧体在常温下具有铁磁性，但温感温铁氧体在常温下具有铁磁性，但温度升高到度升高

7、到103时便失去了铁磁性，这个温时便失去了铁磁性，这个温度称为这种材料的度称为这种材料的“居里温度居里温度”或或“居里点居里点”。电饭锅的构造电饭锅的构造思考与讨论：思考与讨论：开始做饭时为什么要压开始做饭时为什么要压下开关按钮？下开关按钮？若用电饭锅烧水，水在若用电饭锅烧水，水在沸腾以后是否会自动断电？沸腾以后是否会自动断电？用温度传感器可以把温度转换为电信号。用温度传感器可以把温度转换为电信号。测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶、红外线敏感元件等。电偶、红外线敏感元件等。电信号可以远距离输送，因而温度传感器电信号可以远距离输送，因而温度传感器可

8、以远距离读取温度。可以远距离读取温度。热电偶：将两种不同材料的导体或半导体热电偶：将两种不同材料的导体或半导体A和和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和和B的两个焊接点的两个焊接点1和和2之间存在温差时，之间存在温差时，两者之间便产生电动势两者之间便产生电动势,因而在回路中形成因而在回路中形成一定大小的电流一定大小的电流,这种现象称为热电效应。这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。热电偶就是利用这一效应来工作的。 将微机辅助实验系统所配的温度传感将微机辅助实验系统所配的温度传感器与计算机连接，可以实现数据采集、处器与计算机连接，可以实现数据

9、采集、处理、画图的智能化功能。理、画图的智能化功能。鼠标中的红外接收管就是光传感器。鼠标移动时鼠标中的红外接收管就是光传感器。鼠标移动时，滚球带动，滚球带动 x、y 方向两个码盘转动，红外管接收到方向两个码盘转动，红外管接收到一个个红外线脉冲。计算机分别统计一个个红外线脉冲。计算机分别统计 x、y 两个方向两个方向上的脉冲信号，就能确定鼠标的位置。上的脉冲信号，就能确定鼠标的位置。光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器。平光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器。平时，发光二极管发出的光被不透明挡板挡住。当有时，发光二极管发出的光被不透明挡板挡住。当有烟雾时，烟雾对光有散射作用，光电三极管接收到

10、烟雾时，烟雾对光有散射作用，光电三极管接收到散射光，电阻变小，使报警电路工作。散射光，电阻变小，使报警电路工作。小小 结结1 1、温度温度传感器传感器 的应用的应用（1 1）电饭锅电饭锅（2 2）测温测温仪仪2 2、光光传感器传感器 的应用的应用（1 1）鼠标器鼠标器（2 2）火灾报警器火灾报警器温度传感器的应用温度传感器的应用【例例1 1】如图甲为在温度为如图甲为在温度为1010左右的环境中工作左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R R1 1=20 20 kk，R R2 2=10 k10 k，R R3 3=40 k40 k，R Rt t为热敏电

11、阻为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示当，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示当 a a、b b端电压端电压 U Uabab000时，电压鉴别器使时，电压鉴别器使 S S断开，停止加断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在热，恒温箱内的温度恒定在_ 35解：设电路两端电压为为解：设电路两端电压为为U U，当，当U Uabab=0=0时，时， 有有解得解得R Rt t=20 k20 k由图乙可知，当由图乙可知，当R Rt t=20 k20 k时，时，t=t=353533121RRRURRRUt力电转换器输出输入受压面4：某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器某学生为了测量一个物体的

12、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）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的输出电压为0 0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物；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体的质量成正比的输出电压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（可置于动变阻器、干电池一个、电键

13、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力电转换器的受压面上）。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）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。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。（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，并测出待测物体的质量的质量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。力电转换器输出输入受压器SVR解析： （1）设计的

14、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。（2）测量步骤：调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。将质量为m0的砝码放在转换器上，记下输出电压U0。将待测物体放在转换器上，记下输出电压U1，由U0=km0g得k=U0/m0g，测得U1=kmg，所以m=m0U1/U0。 （3）可能出现的问题 因电源电压不够而输出电压调不到零。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。练习：惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个练习：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

15、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mm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 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OO点的距离为点的距离为S S，则这段时间内

16、导弹的加速度，则这段时间内导弹的加速度 （ ） A. A. 方向向左，大小为方向向左，大小为 k S/mk S/m B B方向向右，大小为方向向右，大小为 k S/mk S/m C C方向向左，大小为方向向左，大小为 2k S/m 2k S/m D. D. 方向向右，大小为方向向右，大小为 2k S/m2k S/m01010UPD(2)(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 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源U U0 0上，当导弹以加速度上，当导弹以加速度a 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 P产生

17、位移，此时可输出产生位移，此时可输出一个电信号一个电信号U U，作为导弹惯性制导系统的信息源，为，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，试写出控制导弹运动状态输入信息，试写出U U与与a a 的函数关系的函数关系式。式。01010UPU0解解：a=2kx/m x=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 x / L=maU0 / 2kL=mU0 a / 2kLa练习练习: :可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度, ,其结构其结构如图所示。当系统绕轴如图所示。当系统绕轴OOOO转动时，元件转动时，元件A A发生位移发生位移并输出相应的电压

18、信号，成为飞机、卫星等的制导系并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知统的信息源。已知A A的质量为的质量为mm，弹簧的劲度系数为，弹簧的劲度系数为k k、自然长度为、自然长度为l l，电源的电动势为，电源的电动势为E E、内阻不计。滑动、内阻不计。滑动变阻器总长也为变阻器总长也为l l ，电阻分布均匀，系统静止时，电阻分布均匀，系统静止时P P在在B B点点，当系统以角速度，当系统以角速度转动时，试写出输出电压转动时，试写出输出电压U U与与的函数式。的函数式。A S PCBOO输出电压输出电压U解解：设弹簧伸长：设弹簧伸长x , x , 则则 kx=m 2(l+x)

19、x= m 2 l ( k-m 2 )设滑动变阻器单位长度设滑动变阻器单位长度 的电阻为的电阻为r r1 1 U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l U= Em 2 (k-m 2) 练习、练习、 用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上用如图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用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg2.0 kg的滑块的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a a、b b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出上，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，传感器现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b b在前在前，传感器，传感器a a在后汽车静止时，传感器在