【物理】苏教版传感器的简单应用ppt课件

1、高三物理：t./ ；:；2 传感器是把非电学物理量如位移、速度、压力、温度、湿度、传感器是把非电学物理量如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等转换成易于丈量、传输、处置的电学量流量、声强、光照度等转换成易于丈量、传输、处置的电学量如电压、电流、电容等的一种组件，起自动控制造用。普通由如电压、电流、电容等的一种组件，起自动控制造用。普通由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如： 一、传感器的含义一、传感器的含义非电物理量非电物理量转换器件转换器件敏感元件敏感元件转换电路转换电路电学量电学量二、传感器的分类二、传感器的分类1.力电传

2、感器力电传感器 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、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。力电传感器广泛地运用于社会消费、现代科技中，如安装在导弹、飞机、传感器广泛地运用于社会消费、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。防抱死制动系统等。 1测物体的质量测物体的质量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE2测物体加角速度测物体加角速度 例题：加速度计是测定物体加速度的仪器，它已

3、成为导弹、飞例题：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表机、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表示图，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速形状，敏示图，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速形状，敏感元件由弹簧衔接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一同，感元件由弹簧衔接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一同，敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器R上自在滑动，当系统加速上自在滑动，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，知：敏感元件运动时，敏

4、感元件发生位移，并转化为电信号输出，知：敏感元件的质量为的质量为m，两弹簧的劲度系数为，两弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为，电源的电动势为E，内电阻不，内电阻不计，滑动变阻器的总电阻为计，滑动变阻器的总电阻为R，有效长度为，有效长度为L，静态时输出电压为，静态时输出电压为U0。试求加速度。试求加速度a与输出电压与输出电压U的关系式。的关系式。敏感敏感元件元件输出输出信号信号ER滑动触头左右挪动过程中，电路滑动触头左右挪动过程中，电路中电流如何变化？中电流如何变化？假设车的加速度大小为假设车的加速度大小为a，那么，那么两弹簧的形变量是多少？两弹簧的形变量是多少？求加速度求加速度a与输出电压与输

5、出电压U的关系式的关系式角速度计角速度计2测物体加角速度测物体加角速度 可丈量飞机、航天器、潜艇的转动角速可丈量飞机、航天器、潜艇的转动角速度度,其构造如下图。当系统绕轴其构造如下图。当系统绕轴OO转动时，元件转动时，元件A发发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的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。知制导系统的信息源。知A的质量为的质量为m，弹簧的劲度系数，弹簧的劲度系数为为k、自然长度为、自然长度为l，电源的电动势为，电源的电动势为E、内阻不计。滑、内阻不计。滑动变阻器总长也为动变阻器总长也为l ，电阻分布均匀，系统静止时，电阻分布均匀，系统静止时P在在

6、B点，当系统以角速度点，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与与的函数式。的函数式。A S PCBOO输出电压输出电压U解：设弹簧伸长解：设弹簧伸长x , 那么那么 kx=m 2(l+x) 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r1 U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l U= Em 2 (k-m 2)前往前往 例例1. 惯性制导系统已广泛运用于导弹工程中，这惯性制导系统已广泛运用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的表示图如图示，

7、沿导弹长度方向按装的固定光滑理的表示图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可经过标尺测出滑块的位移，然后经过控制系统针，可经过标尺测出滑块的位移，然后经过控制系统进展制导。进展制导。1.设某段时间内导弹沿程度方向运动，指设某段时间内导弹沿程度方向运动，指针向左偏离针向左偏离O点的间隔为点的间隔为S，那么这段时间内导弹的，那

8、么这段时间内导弹的加速度加速度 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/mD01010UP2. 假设电位器可变电阻总长度为假设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源U0上，当导弹以加速度上，当导弹以加速度a沿程度方沿程度方向运动时，与滑块衔接的滑动片向运动时，与滑块衔接的滑动片P产生位移，此时可产生位移，此时可输出一个电信号输出一个电信号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

9、信息源，为控制导弹运动形状输入信息，试写出为控制导弹运动形状输入信息，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 / 2kLa3测测 力力 例题：风力测定仪如下图为一种测定风作用力的仪器原理例题：风力测定仪如下图为一种测定风作用力的仪器原理图，图中图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，是悬挂点，R0是维护电阻，是维护电阻，CD是程度放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金是程度放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金

10、属丝一直坚持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在属丝一直坚持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此点接触，此时电路中的电流为时电路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度，有风时细金属丝将偏转一角度与风力大与风力大小有关，细金属丝与电阻丝在小有关，细金属丝与电阻丝在C/点接触，知风力方向程度向左，点接触，知风力方向程度向左，OC=h，CD=L，球的质量为，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为，电阻丝单位长度的电阻为k，电源，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转角时，电流表的示数角时，电流表的示数为为I/，此时风力大小为，此时风力大小为F，试写出

11、：，试写出： 风力大小风力大小F与与的关系式；的关系式；风力大小风力大小F与电流表示数与电流表示数I/ 的关系式。的关系式。 此安装所测定的最大风力是多少？此安装所测定的最大风力是多少？R0OPDC/CA电电源源4测测 位位 移移 例题：例题：2003上海考题演示位移传感器的任务原理如右上海考题演示位移传感器的任务原理如右图示，物体图示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，经过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小经过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x。假设电压。假设电压表是理想的，那么以下说法正确的选项是表是理想的，那么以下说法正确

12、的选项是 ( )A. 物体物体M运动时，电源内的电流会发生变化运动时，电源内的电流会发生变化B. 物体物体M运动时，电压表的示数会发生变化运动时，电压表的示数会发生变化C. 物体物体M不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流D. 物体物体M不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数B2。热电传感器。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、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。电饭煲等的温度控制、火警报警

13、器、恒温箱等。 例题：如图是一火警报警的一部分电路表示图。其中例题：如图是一火警报警的一部分电路表示图。其中R2 为用半为用半导体热敏资料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，导体热敏资料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器之间接报警器。当传感器 R2 所在处出现火情时，显示器的电所在处出现火情时，显示器的电流流I、报警器两端的电压、报警器两端的电压U 的变化情况是的变化情况是 A.I 变大，变大，U 变大变大 B.I 变小，变小，U 变小变小 C.I 变小，变小，U 变大变大 D.I 变大，变大，U 变小变小 R1R2R3AabEr 解：出现火情时温度升高，解：

14、出现火情时温度升高，R2 减小，减小， R总减小，总减小， I总增大，总增大，Uab减小，减小， U并减小，并减小， IA减小，减小，B.光电传感器光电传感器 光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。假设是光敏电光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。假设是光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的。如自动冲水机、阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的。如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。原理。 例题：新教材例题：新教材 2003天津理综如图，当电键天津理综如图，当电键K断开时，用

15、光断开时，用光子能量为子能量为2.5eV的一束光照射阴极的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上，发现电流表读数不为零。合上电键，调理滑线变阻器，发现当电压表读数小于电键，调理滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为时，电流表读数为零。由此可知阴极资料的逸出功为零。由此可知阴极资料的逸出功为 ( ) A. 1.9eV B. 0.6eV C . 2.5eV D. 3.1eV 解：反向截止电压为解：反向截止电压为0.60V， EKm= 0.60 eV W=h- EKm= 2

16、.5-0.6=1.9 eVA4.声电传感器声电传感器 例题：例题：2003上海试题唱卡拉上海试题唱卡拉OK用的话筒，内用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的任务原理是有传感器。其中有一种是动圈式的，它的任务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。以下说法正确的选项是音信号转变为电信号。以下说法正确的选项是 ( )A 该传感器是根据电流的磁效应任务的该传感器是根据电流的磁效应任务的B 该传感器是根据电磁感应原理任务的该

17、传感器是根据电磁感应原理任务的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 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B5.电容式传感器电容式传感器 电容器的电容电容器的电容C决议于极板的正对面积决议于极板的正对面积S、极板间间隔、极板间间隔d以及极以及极板间的电介质这几个要素。假设某一物理量如角度、位移、深板间的电介质这几个要素。假设某一物理量如角度、位移、深度等的变化能引起上述某个要素的变化，从而引起电容的变化，度等的变化能引起上述某个要素的变化，从而引起电容的变化，那么经过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，

18、起这那么经过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。种作用的电容器称为电容式传感器。图甲是丈量图甲是丈量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。 定片定片甲甲角度角度由于由于CS，动片与定片间的角度，动片与定片间的角度发生发生变化时，引起变化时，引起S的变化，经过测出的变化，经过测出C的的变化，丈量动片与定片间的夹角变化，丈量动片与定片间的夹角图乙是丈量图乙是丈量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。金属芯线金属芯线电介质电介质导电液体导电液体乙乙h液面高度液面高度h由于由于CS，h发生变化，金属芯线和发生变化，金属芯线和导电液体组

19、成的电容发生变化，经过导电液体组成的电容发生变化，经过测定测定C的变化，可以丈量液面高度的变化，可以丈量液面高度h 的变化。的变化。图丙是丈量图丙是丈量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。 固定电极固定电极可动电极可动电极F丙丙压力压力F由于由于C1/d，压力，压力F 作用在可动电极上，引起极板间距作用在可动电极上，引起极板间距d 的变化，经过测出的变化，经过测出C的变化，丈量压力的变化，丈量压力F的变化。的变化。图丁是丈量图丁是丈量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。 极板极板电介质电介质丁丁x位移位移x由于由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化，经过随着电介

20、质进入极板间的长度发生变化，经过测出测出C的变化，丈量位移的变化，丈量位移x的变化。的变化。标题：随着生活质量的提高，自动干手机已进入标题：随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手接近自动干手机，机内的家庭，洗手后，将湿手接近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。手接近干手机能使传感器任务，是将湿手烘干。手接近干手机能使传感器任务，是由于由于 A. 改动了湿度改动了湿度 B. 改动了温度改动了温度C. 改动了磁场改动了磁场 D. 改动了电容改动了电容 D6.电感传感器电感传感器 电感式传感器是利用线

21、圈的自感或互感的变化来电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来实现丈量或控制的一种安装，普通要利用磁场作为媒实现丈量或控制的一种安装，普通要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些景象。介或利用磁体的某些景象。 实例：磁性物质探测报警器实例：磁性物质探测报警器 录音机录音机NS 为了丈量列车运转的速度和加速度的大小，可采为了丈量列车运转的速度和加速度的大小，可采用如下图的安装，它是由一块安装在列车头底部的强用如下图的安装，它是由一块安装在列车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流丈量仪组成磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流丈量仪组成的丈量仪未画出。当列车经过线圈上方时，线圈的丈量仪未画出。

22、当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，就能求出列车在各位置的中产生的电流被记录下来，就能求出列车在各位置的速度和加速度。假设磁体端部磁感强度为速度和加速度。假设磁体端部磁感强度为B=0.004T，且全部集中在端面范围内，与端面垂直，磁体宽度与且全部集中在端面范围内，与端面垂直，磁体宽度与线圈宽度一样，且都很小，线圈匝数线圈宽度一样，且都很小，线圈匝数n=5，长，长L=0.2m，电阻电阻0.4包括引线电阻，测试记录下来的电流包括引线电阻，测试记录下来的电流位移如下图。试求：位移如下图。试求：在离在离O原点原点30m，130m处列车的速度处列车的速度v1和和v2的的大小大小假设列车是匀

23、变速运动，求列车加速度的大小假设列车是匀变速运动，求列车加速度的大小i /A100501500.150.100 .05-0 .05-0.10-0.15S/m0SOB解：解：I=E/R=nBLv/Rv=IR/nBL= 0.4I50.0040.2= 100I在在30m处，处，I1 =0.12A v1=12m/s在在130m处，处，I2 =0.15A v2=15 m/s a = v22 - v12 / 2S = 0.405 m/s2例、例、 用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。可供选择求是：正常情况绿灯亮，有险情

24、时电铃报警。可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。、继电器、滑动变阻器、开关、导线。aedcb解：热敏电阻遭到光照射时电阻变小解：热敏电阻遭到光照射时电阻变小 ，将热敏电，将热敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的接入继电器的a、b端，如图示：端，如图示：将学生用电源与电铃分别接入将学生用电源与电铃分别接入c、d、e之间。之间。 正常时热敏电阻值大，正常时热敏电阻值大，ab间电流小，磁性弱，间电流小，磁性弱，ce处于闭合，绿灯亮。

25、处于闭合，绿灯亮。 有险情时，光敏电阻有险情时，光敏电阻值小，值小， ab间电流大，磁间电流大，磁性强，吸住衔铁，性强，吸住衔铁，cd闭合闭合，ce断开，绿灯灭，电铃断开，绿灯灭，电铃响。响。练习、练习、 用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯控制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材如下：光敏电阻、小灯泡、学生用灭。可供选择的器材如下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。ecab解：光敏电阻遭到光照射时电阻变小解：光

26、敏电阻遭到光照射时电阻变小 ，将光敏电，将光敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的接入继电器的a、b端，如图示：端，如图示：将交流电源与路灯接入将交流电源与路灯接入c、e之间。之间。220V 光暗光阴敏电阻值大，光暗光阴敏电阻值大，ab间电流小，磁性弱，间电流小，磁性弱，ce处于闭合，灯亮。处于闭合，灯亮。 光亮时，光敏电阻值光亮时，光敏电阻值小，小， ab间电流大，磁性间电流大，磁性强，吸住衔铁，电路强，吸住衔铁，电路ce处处断开，灯灭。断开，灯灭。03年上海高考年上海高考18、 7分图分图1为某一热敏电阻为某一热敏电阻R(电

27、阻值随温度电阻值随温度的改动而改动，且对温度很敏感的改动而改动，且对温度很敏感)的的I-U关系曲线图。关系曲线图。 为了经过丈量得到图为了经过丈量得到图1所示所示I-U关系的完好曲线，在图关系的完好曲线，在图2和图和图3两两个电路中应选择的是图个电路中应选择的是图 ；简要阐明理由：；简要阐明理由： 。电源电动势。电源电动势为为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0-100在图在图4电路中，电源电压恒为电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为，电流表读数为70mA，定值电，定值电阻阻R1=250。由热敏电阻的。由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的关系曲线可知，

28、热敏电阻两端的电压为电压为_V；电阻；电阻R2的阻值为的阻值为 。举出一个可以运用热敏电阻的例子：举出一个可以运用热敏电阻的例子：_。VA图图2VA图图3I/mAU/V1 2 3 4 5 6 7500图图110203040AR1R2热敏电阻热敏电阻图图4R9V2电压可从电压可从0V调到所需电压，调理范围较大调到所需电压，调理范围较大 解解: I1=9/250=0.036A=36mA I2=34mA 由图由图1得得 UR=5.2V 5.2 R2 =(9-5.2) / 0.034=111.8 111.6112.0 热敏温度计热敏温度计 如图示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，如图示，将一光敏电阻

29、连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于将多用电表的选择开关置于档，用光照射光敏电阻档，用光照射光敏电阻时表针的偏角为时表针的偏角为， 现用手掌挡住部分光线，表针的现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为偏角变为 ，那么可判别，那么可判别 A. = B. D. 不能确定不能确定和和 的关系的关系B 五、传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制造用。五、传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制造用。如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光

30、电传感器器10演示位移传感器的任务原理如右图示，物体演示位移传感器的任务原理如右图示，物体M在导轨上在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，经过电压表显示的，经过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小数据，来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的，那么。假设电压表是理想的，那么以下说法正确的选项是以下说法正确的选项是 A物体物体M运动时，电源内的电流会发生变化运动时，电源内的电流会发生变化B物体物体M运动时，电压表的示数会发生变化运动时，电压表的示数会发生变化C物体物体M不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流D物体物体M不动时，电压表没有示数不动时，

31、电压表没有示数03年上海理综年上海理综10B 11唱卡拉唱卡拉OK用的话筒，内有传感器。其中有用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的任务原理是在弹性膜片后一种是动圈式的，它的任务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。以下说法正确的选项是号转变为电信号。以下说法正确的选项是 A该传感器是根据电流的磁效应任务的该传感器是根据电流的磁效应任务的 B该传感器是根据电磁感应原理任务的该传感器是根据电磁感应原理任务的C膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变变D膜片振动时，金属线圈中不会产生感应膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势电动势03年上海理综年上海理综11B 12用遥控器互换电视机频道的过程，实践上就用遥控器互换电视机频道的过程，实践上就是