第3章 第3节　传感器的应用

1、.第三节传感器的应用学 习 目 标知 识 脉 络1.列举传感器在日常生活中的应用2列举传感器在农业消费和工业消费中的应用3理解传感器在航空航天事业中的应用4理解常用传感器的工作原理，会分析常见传感器问题重点、难点自 主 预 习·探 新 知知识梳理一、生活中的传感器1温度传感器的应用电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度相关的家用电器2红外线控制器的应用自动门、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等3光敏传感器的应用：照相机中4压力传感器的应用：电子秤中二、传感器在工、农业消费和航天中的应用1农业消费中的传感器无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器；自

2、动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的帮助下实现的；现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器2工业消费中的传感器消费平安中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥和水坝的裂痕等平安隐患；在自动控制系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器如光栅传感器对位移测量，从而实现精细加工3飞向太空的传感器飞机保持一定飞行高度，当飞机高度变化时，大气数据计算机自动发出与给定高度的差值信号，并通过自动驾驶仪操纵升降舵，使飞机恢复给定高度；在运载火箭、载人飞船中，应用了传感器供遥测和遥控系统使用；对宇航员的各种生理状态的测量有生理传感器，如测量血压、心电图、体温等根

3、底自测1考虑判断1洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器2自动门利用了红外线传感器3指纹识别器是利用压力传感器×4无人管理的自动灌溉系统，用到了温度传感器×5位移测量装置用到了位移传感器6路灯自动控制电路中的敏感元件是光敏电阻【提示】3指纹识别器一般利用电容式或光学传感器4用到了湿度传感器2电子秤使用的传感器是 【导学号：97752166】A超声波传感器B温度传感器C压力传感器D红外线传感器C电子秤通过感知物体对它的压力，将其转换为电信号，并由仪表显示，来测量物体质量，所以它感知的是压力，使用了压力传感器，故C选项正确3类人型机器人装有作为眼睛的“传感器，犹如大脑的“控制器，

4、以及可以行走的“执行器，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯以下有关该机器人“眼睛的说法中正确的选项是A是力传感器 B是光传感器C是温度传感器D是声音传感器B遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B对，A、C、D错合 作 探 究·攻 重 难传感器的应用及工作原理分析1常见压力传感器的敏感元件是金属应变片和半导体力敏电阻2半导体力敏电阻的阻值随压力的增大而减小，常将力敏电阻与电流计串联起来，压力变化，力敏电阻变化，电流变化，把力学量转换成电学量3分析传感器问题要注意的几个问题1检测量分析：要明确传感器所检测的量，如力、热、光、磁、声等2敏感元件分析：明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号

5、及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律3电路构造分析：认真分析传感器所在的电路构造，在熟悉常用电子元件工作特点的根底上，分析电路输出信号与输入信号间的规律加速度计是测定物体加速度的仪器在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源图3­3­1为应变式加速度计的示意图当系统加速时，加速计中的敏感元件也处于加速状态敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件的下端可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移并转换为电信号输出图3­3­1敏感元件的质量为m，两侧弹簧的劲度系数均为k，电源

6、电动势为E，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R，有效长度为l，静态时输出电压为U0，试推导加速度a与输出电压U的关系式【解析】设静态时滑动变阻器的滑片距左端为x，那么敏感元件的输出电压为U0·xx再设系统向左加速时滑片右移x，那么敏感元件的动力学方程为2kxma此时敏感元件的输出电压为U·xxxx联立三式可得a假设U>U0，系统的加速度方向程度向左；假设U<U0，系统的加速度方向程度向右【答案】a力学传感器的分析方法1分析清楚力学传感器的工作原理，明确装置是如何将力这个非电学量转化为电学量是解决该类问题的关键2涉及电路计算时，注意欧姆定律及分压原理的应用针对

7、训练1. 多项选择为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图3­3­2所示是原理图轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计，弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R05 ，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R125 ，电源输出电压恒为U3 V，理想电流表的量程为00.6 A当拉环不受力时，滑片P处于a端以下关于这个电路的说法正确的选项是不计电源内阻 【导学号：97752167】图3­3­2A小明在电路中连入R0的目的是保护电路B当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1 AC当拉力为400 N时

8、，电流表指针指在0.3 A处D当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处ABC假设电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由闭合电路欧姆定律得，I0.1 A，故B正确；拉力为400 N时，由Fkx，那么x4 cm，对应的电阻为RaP20 ，R1接入电路的电阻RPb5 ，由闭合电路欧姆定律得，I0.3 A，故D错，C正确传感器的应用实例分析分析传感器应注意的四个分析：1检测量分析：要清楚传感器所检测的非电学量，如温度、光、声、力等2敏感元件分析：分析敏感元件的输入信号与输出信号，及输入信号与输出信号间的联

9、络3电路分析：分析传感器所在的电路构造，分析输入信号变化对电路电流、电压等产生的影响4执行机构分析：分析非电学量与电学量之间的转换过程，分析根据所获得的信息控制执行机构进展工作的过程如图3­3­3甲所示为在温度为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R120 k、R210 k、R340 k，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Uab0时，电压鉴别器会令开关S接通，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，停顿加热，那么恒温箱内的温度可保持在甲乙图3­3­

10、3A10 B20 C30 D45 C由题可知Uab0是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降由电路图可知，在R1、R2、R3给定的条件下，热敏电阻RT的阻值决定了Uab的正负设电源负极的电势为零，那么aU，bU，其中U为电源的路端电压，令ab，即Uab0，那么可得，代入数据得RT20 k，查表得对应的温度为30 ，C正确此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.针对训练2.如图3­3­4所示是电饭煲的电路图，S1是一个

11、温控开关，手动闭合后，当此开关温度到达居里点103 时，会自动断开S2是一个自动温控开关，当温度低于70 时，会自动闭合；温度高于80 时，会自动断开红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯分流电阻R1R2500 ，加热电阻丝R350 ，两灯的电阻不计图3­3­41分析电饭煲的工作原理；2计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比；3简要答复，假如不闭合开关S1能将饭煮熟吗？【解析】1接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态加热到80 时，S2自动断开，S1仍闭合；饭煮熟后，温度升高到103 时，S1自动断开，黄灯亮，电饭煲

12、处于保温状态，由于散热，待温度降至70 时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度到达80 时，S2又自动断开，再次处于保温状态，如此循环2加热时电饭煲消耗的电功率P1，保温时电饭煲消耗的电功率P2，两式中R并 ，故.3假如不闭合S1，开场时S2是闭合的，R1被短路，功率为P1；当温度上升到80 时，S2自动断开，功率降为P2；温度降低到70 ，S2自动闭合温度只能在7080 之间变化，不能将饭煮熟【答案】见解析当 堂 达 标·固 双 基1以下器件不是应用温度传感器的是A电熨斗 B话筒C电饭锅D测温仪B电熨斗、电饭锅和测温仪都是把非电学量温度转换为电学量，都要使用温度传感器话筒把非电学量

13、声音转换为电学量，没有使用温度传感器2洗衣机中的水位控制装置使用的是【导学号：97752168】A光传感器 B压力传感器C湿度传感器D温度传感器B当洗衣机内水位升高时，传感器的膜片受到的压力变大，当到达设定值时，关闭进水电磁阀门3.如图3­3­5所示是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液中，导线芯和导电液构成电容器的两极把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化显示电容值增大时，那么导电液的深度h变化为图3­3­5Ah增大 Bh减小 Ch不变 D无法确定A由题意知，导线芯和导电液构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化，会引起电容的变化与平行板电容器类比可得，导电液体深度h增大时，导线芯和导电液正对面积增大，电容器的电容值变大4.某仪器内部电路如图3­3­6所示，其中M是一个质量较大的金属块，左、右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在