人教版高中物理选修3-2第六章第2节《传感器的应用》.

1、传感器的应用力电传感器:主要是利用敏感元件和变 阻器把力学信号（位移、速度.加速度 等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会 生产、现代科技中，如安装在导弹、飞 机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统 及ABS防抱死制动系统等。例1: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电压为0；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U。现有下列器材： 力电转换器、 质量为的舷码、 电压表.滑动变阻 的受压面上） 。请完成对该物体的测

2、量叽（1）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。（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ID o（3）请设想实验中可能会出现的一个问题。（1）设计电路如图（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，将祛码放在转换器上,记下输出电压U。,将待测物放在转换 器上,记下输出电压U由Uo=kmog,得k=Uo/mog器、 干电池受压面U=k m g,所以m=m0U/U0v例题2：(风力测定仪)如图所示为一种测定风作用力的仪器原理 图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，0是悬挂点，R0是保护

3、电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝 始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触， 此时电 路中的电流为I,有风时细金属丝将偏转一角度e 1nnnnnn .P(2)若电位器(可变电阻)总长度为L,其电阻均匀，两端接在稳压 电源 5 上，当导弹以加速度a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑 动片P产生位移，此时可输出一个电信号U,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U与n的函数关系式。例题4：加速度计是测定物体加速度的仪器，它已成为导弹、飞机、 潜艇后宇宙飞船制导系统的信息源。如图为应变式加速度计示意图, 当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处

4、于加速状态，敏感元件 由弾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 元件下端的滑动臂可在滑动变阻器上自由滑动，当系统加速运动 时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出，己知：敏感元件的 质量为m,两弹簧的劲度系数为k,电源的电动势为E,内电阻不计, 滑动变阻器的总电阻为乩 有效长度为b静态时输出电压为U0。 试求加速度a与输出电压U的关系式。1滑动触头左右移动过程中, 电路中电流如何变化？2若车的加速度大小为亦则 两弹簧的形变量是多少？3求加速度与输出电压U的 关系式解：a=2kS/m/. S=ma/2kU=UO Rx / R = UO S / L=maUO / 2kL=mUO

5、a /.O*P例题5：（2003上海考题演示位移传感器的工作原理如右图示，物体M在导轨上平移时， 带动滑动变阻器的金屈滑杆p,通过电压 表显示的数据，来反映物体位移的大小X。假设电压表是理想的， 则下列说法正确的是（B ）A物体M运动时，电源内的电流会发生变化例6;可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，其结构如图所示。 当系统绕轴OO,转动时，元件A发生位移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A的质量为m,弹簧 的劲度系数为k、自然长度为Z,电源的电动势为E、内阻不计。滑 动变阻器总长也为/,电阻分布均匀，系统静止时P在H点，当系 统以角速度 3 转动时，试写出输出

6、电压U与 3 的函数式。解：设弹簧伸长X,则 化K=m co2 / / ( km co2 )设滑动变阻器单位长度的电阻为rlU=IRx=Exrl /r1=Ex/U= Em co2 /(k-m co2)B物体M运动时，电压表的示数会发生变化C物体M不动时，电路中没有电流D物体MO例7：将金属块加用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图所示, 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“=20 ni/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的传 感器显示的压力为6.0N,下底板的传感器显示的压力为lO.ONo(取g=10 ni/s2)(1)若上顶板传感器的示数是下底板运动情

7、况。传感器的(2)要使上沿竖直方解:原来(1)f向上做匀:上顶板示数是下:底板示数的1/2；mg上顶板示数为零， 10m/s2向上加速或向下减速,加速度2热电传感器：热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化 而变化的原理制成的，如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮 水机.电饭煲等）的温度控制、火警报警器、恒温箱等。例题1（2003上海试题）唱卡拉OK用的话筒，内有传感器。其中 有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小 的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时, 就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是（B A该传感器是根据电流的磁效应工作的B该传感器

8、是根据电磁感应原理工作的C膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势例2日光灯的启动器也可看成是一个热敏传感装置，它的热敏功能器是双金属片，你能说出启动器的工作原理吗?解析，日光灯启动器结构如图所示, 内有一双金属片，热膨胀系数不同。 开关闭合后，启动器两极之间有电压使烦气放电而发出辉光，辉光发 出的热量使彫动触片受热膨胀向外 延伸，碰到静触片接触，电路接通;温度降低时，涮触片向里收缩，离开触点，切断电路。氛泡惱I例3.电熨斗：利用双金属片温度传感器控制电路的通断.升降那纳绝绿支架例4.电饭锅：利用感温磁体的特点金风底板Q开対MA内飓例题5：如图是一火警报警

9、的一部分电路示意图。其中兄为用半导 体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，“、之间接 报警器。当传感器為所在处出现火情时，显示器的电流/、报警器 两端的电压U的变化情况是（A.丿变大，U变大B. 7变小，D变小C./变小，变大例6.如图所示是一种热敏电阻（PTC元件）的电阻R随温度t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控制温度如果将该元件接到220V恒定 电压下，贝IJ（AA.通电后，其电功率先增大后减小B.通电后，其电功率先减小后增大C.当其发热功率等于散热功率时，温度保持在右不变D.当其发热功率等于散热功率时，温度保持在人到鮎之间的某一 值不变D./变大,/变小)例7右图是一个温度传感器的原理示意图,R是一个热敏电阻器。 试说明传感器是如何把温度值转变为电信号的。温度升高或降低导致 E 阻值发生变化，使电路中电流也发生 变化，导致R上的电压也发生改变，因此电压表读数将会发生变 化，从而就将温度的化转变为电信号。例8.在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸顿等半导体材料制成的电阻器，其电