传感器应用课件

传感器的应用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、放大电路等结合在一起使用的。传感器应用的一般模式一、力传感器的应用——1电子秤阅读教材，思考并回答问题：（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学量（输出应变片上下表面的电压差值）形变（力学量）电压（电学量）转换金属梁1.关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是 （ ）A.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；反之，变小C.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ABD

2：（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属滑杆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()A.物体M运动时，电源内的电流会发生变化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M不动时，电压表没有示数B1、动圈式式话筒：膜片在声波波下振动，，使得与膜膜片相连的的线圈中产产生周期性性变化的感感应电流。。二、声传感感器的应用用——话筒2、电容式式话筒：金属膜片M和固定电极极N形成一个个电容器,M在声波作用用下振动,电容器的电电容作周期期性变化，，电阻R两端的电压压也做相应应的周期性性变化。绝缘支架例题：（2003上海试题））唱卡拉OK用的话筒，，内有传感感器。其中中有一种是是动圈式的的，它的工工作原理是是在弹性膜膜片后面粘粘接一个轻轻小的金属属线圈，线线圈处于永永磁体的磁磁场中，当当声波使膜膜片前后振振动时，就就将声音信信号转变为为电信号。。下列说法法正确的是是()A该传感器是是根据电流流的磁效应应工作的B该传感器是是根据电磁磁感应原理理工作的C膜片振动时时，穿过金金属线圈的的磁通量不不变D膜片振动时时，金属线线圈中不会会产生感应应电动势B金属板金属膜振动膜外电路图5例题：如图图是电容式式话筒的示示意图，它它是利用电电容制作的的传感器，，话筒的振振动膜前面面镀有薄薄薄的金属层层，膜后距距膜几十微微米处有一一金属板，，振动膜上上的金属层层和这个金金属板构成成电容器的的两极，在在两极间加加一电压U，人对着话话筒说话时时，振动膜膜前后振动动，使电容容发生变化化，导致话话筒所在电电路中的其其它量发生生变化，使使声音信号号被话筒转转化为电信信号，其中中导致电容容变化的原原因可能是是容器两板板间的（））（A）距离变化化（（B）正对面积积变化（C）介质变化化（（D）电压变化化A3、驻极体话话筒：它由内部的的驻极体塑塑料膜感受受声波，其其工作原理理与电容式式话筒类似似，但是工工作的电压压只须3～6V，＋＋＋－－－特点：体积积小，重量量轻，价格格便宜，灵灵敏度高，，常用在盒盒式录音机机、声控玩玩具等便宜宜的家电上上常温下两触触点分离。。温度升高高，两种金金属膨胀性性能不同，，双金属片片形状发生生变化，使使触点接触触。三、温度传传感器的应应用——1.电熨斗双金属片温温度传感器器：电烫斗的构构造思考与讨论论：●常温下两触触点是接触触还是分离离？●如何用调温温旋钮来升升高或降低低电烫斗的的工作温度度？练习、如图所示是是一种热敏敏电阻（PTC元件）的电电阻R随温度t变化的关系系图线，这这种元件具具有发热、、控温双重重功能．常常见的电热热灭蚊器中中就使用这这种元件来来加温并控控制温度．．如果将该该元件接到到220V恒定电压压下，则则A．通电后后，其电电功率先先增大后后减小B．通电后后，其电功率率先减小小后增大大C．当其发发热功率率等于散散热功率率时，温温度保持持在t1不变D．当其发发热功率率等于散散热功率率时，温温度保持持在t1到t2之间的某某一值不不变t/℃Rt2t1ADM2.冰箱温度度控制器器(问题与练练习1)4、弹簧片1、测温泡2、细管3、弹性金属盒5、动触点6、静触点7、拉杆8、凸轮9、连杆思考与讨讨论：1、为什么么温度较较高时压压缩机自自动工作作，达到到设定低低温后就就自动停停止工作作？2、凸轮为为什么可可以改变变设定的的温度？？氯甲烷及及它的蒸蒸气3、恒温箱箱温控器器(问题与练练习3)思考与讨讨论：1、应该把把恒温箱箱中的加加热器接接在A、B还是C、D之间呢？？2、要使箱箱内温度度保持100℃℃，可变电电阻R′值应调节节多大？？感温铁氧氧体的““居里点点”：感温铁氧氧体在常常温下具具有铁磁磁性，但但温度升升高到103℃℃时便失去去了铁磁磁性，这这个温度度称为这这种材料料的“居居里温度度”或““居里点点”。4.电饭锅电饭锅的的构造思考与讨讨论：●开始做饭饭时为什什么要压压下开关关按钮？？●若用电饭饭锅烧水水，水在在沸腾以以后是否否会自动动断电？？5、测温仪仪用温度传传感器可可以把温温度转换换为电信信号。测测温元件件可以是是热敏电电阻、金金属热电电阻、热热电偶、、红外线线敏感元元件等。。电信号可可以远距距离输送送，因而而温度传传感器可可以远距距离读取取温度。。热电偶：：将两种种不同材材料的导导体或半半导体A和B焊接起来来，构成成一个闭闭合回路路，当导导体A和B的两个焊焊接点1和2之间存在在温差时时，两者者之间便便产生电电动势,因而在回回路中形形成一定定大小的的电流,这种现象象称为热热电效应应。热电电偶就是是利用这这一效应应来工作作的。将微机辅辅助实验验系统所所配的温温度传感感器与计计算机连连接，可可以实现现数据采采集、处处理、画画图的智智能化功功能。四、光传传感器的的应用——1.鼠标器鼠标中的的红外接接收管就就是光传传感器。。鼠标移移动时，，滚球带带动x、y方向两个个码盘转转动，红红外管接接收到一一个个红红外线脉脉冲。计计算机分分别统计计x、y两个方向向上的脉脉冲信号号，就能能确定鼠鼠标的位位置。2.火灾报警警器光电三极极管是烟烟雾火警警报警器器中的光光传感器器。平时时，发光光二极管管发出的的光被不不透明挡挡板挡住住。当有有烟雾时时，烟雾雾对光有有散射作作用，光光电三极极管接收收到散射射光，电电阻变小小，使报报警电路路工作。。小结结1、温度传感器的应用（1）电饭锅（2）测温仪2、光传感器的应用（1）鼠标器（2）火灾报警警器温度传感感器的应应用【例1】如图甲为为在温度度为10℃左右的环环境中工工作的某某自动恒恒温箱原原理简图图，箱内内的电阻阻R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，Rt为热敏电电阻，它它的电阻阻随温度度变化的的图线如如图乙所所示．当当a、b端电压Uab<0时，电压压鉴别器器会令开开关S接通，恒恒温箱内内的电热热丝发热热，使箱箱内温度度提高；；当Uab>0时，电压压鉴别器器使S断开，停停止加热热，恒温温箱内的的温度恒恒定在_________℃℃．35解：设电路两两端电压为为为U，当Uab=0时，有解得Rt=20kΩ由图乙可知，，当Rt=20kΩ时，t=35℃．03年上海高考18、图1为某一热敏电电阻R(电阻值随温度度的改变而改改变，且对温温度很敏感)的I-U关系曲线图。。⑴为了通过测测量得到图1所示I-U关系的完整曲曲线，在图2和图3两个电路中应应选择的是图图；简要说明理理由：。（电源电动动势为9V，内阻不计，滑滑线变阻器的的阻值为0-100ΩΩ）⑵在图4电路中，电源源电压恒为9V，理想电流表表读数为70mA，定值电阻R1=250Ω。由热敏电阻的的I-U关系曲线可知知，热敏电阻阻两端的电压压为________V；电阻R2的阻值为Ω。⑶举出一个可以以应用热敏电电阻的例子：：_____________。2电压可从0V调到所需电压压，调节范围围较大解:⑵I1=9/250=0.036A=36mAI2=34mA由图1得UR=5.2V5.2R2=(9-5.2)/0.034=111.8Ω111.6——112.0热敏温度计VA图2VA图3I/mAU/V1234567500图110203040AR1R2热敏电阻图4R9V光传感器的应应用【例2】如图所示为一一实验小车中中利用光电脉脉冲测量车速速和行程的装装置示意图。。A为光源，B为光电接收器器，A、B均固定在车身身上，C为小车的车轮轮，D为与C同轴相连的齿齿轮。车轮转转动时，A发出的光束通通过旋转齿轮轮上齿的间隙隙后变成脉冲冲光信号，被被B接收并转换成成电信号，由由电子电路记记录和显示。。若实验显示示单位时间内内脉冲数为n，累计脉冲数数为N，则要测出小小车的速度和和行程还必须须测量的物理理量和数据是是，小车速度的的表达式为v=；行程的表达达式为=。车轮的半径R和齿轮P光束原来是连连续的，是转转动的齿轮使使光束变为脉脉冲，因此脉脉冲情况必定定与齿轮（或或车轮）的转转动有关，也也就与速度和和行程有关。。根据速度的意意义和车正常常行驶的情况况，应有v=2πRf，其中R为车轮的半半径，f为单位时间间内车轮转转过的圈数数；若车轮轮的齿数为为P，则转一圈圈应有P个脉冲被B接收到，因因此有代代入上上式，有同样，根据据行程的意意义，应有有，其中f为整个行程程中车轮转转过的圈数数；而，，所以可见，还必必须测量的的物理量和和数据是车车轮的半径径R和齿轮齿数数P，速度和行行程的表达达式如上面面两式所示示。3.如图所示为为光敏电阻阻自动计数数器的示意意图，其中中A是发光仪器器，B是传送带上上物品，R1为光敏电阻阻，R2为定值电阻阻，此光电电计数器的的基本工作作原理是（（））（A）当有光照照射R1时，信号处处理系统获获得高电压压（B）当有光照照射R1时，信号处处理系统获获得低电压压（C）信号处理理系统每获获得一次低低电压就记记数一次（D）信号处理理系统每获获得一次高高电压就记记数一次BDR2AR1信号处理系统图3B力电转换器＋＋－－输出输入受压面4：某学生为了了测量一个个物体的质质量，找到到一个力电电转换器，，该转换器器的输出电电压正比于于受压面受受到的压力力（比例系系数为k）如图所示示，测量时时先调节输输入端的电电压，使转转换器空载载时的输出出电压为0；而后在其其受压面上上放上物体体，即可测测得与物体体的质量成成正比的输输出电压U。现有下列器器材：力电电转换器、、质量为m0的砝码、电电压表、滑滑动变阻器器、干电池池一个、电电键及导线线若干、待待测物体（（可置于力力电转换器器的受压面面上）。请请完成对该该物体的测测量m。（1）设计一个个电路，要要求力转换换器的输入入电压可调调，并且使使电压的调调节范围尽尽可能大，，在方框中中画出完整整的测量电电路图。（2）简要说明明测量步骤骤，求出比比例系数k，并测出待待测物体的的质量m。（3）请设想实实验中可能能会出现的的一个问题题。力电转换器＋＋－－输出输入受压器SVR解析：（（1）设计的电电路图如图图所示，输输入电压采采用分压接接法目的是是让电压可可调范围尽尽可能大。。（2）测量步骤骤：①调节滑动变变阻器，使使转换器的的输出电压压为零。②将质量为m0的砝码放在在转换器上上，记下输输出电压U0。③将待测物体体放在转换换器上，记记下输出电电压U1，由U0=km0g得k=U0/m0g，测得U1=kmg，所以m=m0U1/U0。（3）可能出现现的问题①因电源电压压不够而输输出电压调不到零。。②待测物体质质量超出转转换器量程程。2.加速度计问问题与与练习21、两个电池池的电动势势一样大2、滑片在中中间位置电电压表的读数数为零3、P点电势高与与Q点时，指针向向右偏转练习：惯性制导系系统已广泛泛应用于导导弹工程中中，这个系系统的重要要元件是加加速度计。。加速度计计的构造和和原理的示示意图如图图示，沿导导弹长度方方向安装的的固定光滑滑杆上套一一个质量为为m的滑块，滑滑块的两侧侧分别与劲劲度系数均均为k的弹簧相连连，两弹簧簧的另一端端与固定壁壁相连。滑滑块原来静静止，弹簧簧处于自然长度。滑块上有有指针，可可通过标尺尺测出滑块块的位移，，然后通过过控制系统统进行制导导。设某段段时间内导导弹沿水平平方向运动动，指针向向左偏离O点的距离为为S，则这段时时间内导弹弹的加速度度（（））A.方向向左，，大小为kS/mB．方向向右右，大小为为kS/mC．方向向左左，大小为为2kS/mD.方向向右，，大小为2kS/m01010UPD(2)若电位器（（可变电阻阻）总长度度为L，其电阻均匀匀，两端接接在稳压电电源U0上，当导弹弹以加速度度a沿水平方向向运动时，，与滑块连连接的滑动动片P产生位移，，此时可输输出一个电电信号U，作为导弹惯惯性制导系系统的信息息源，为控控制导弹运运动状态输输入信息，，试写出U与a的函数关系系式。01010UPU0解：a=2kx/m∴x=ma/2kU=U0Rx/R=U0x/L=maU0/2kL=mU0a/2kL∝∝a练习习:可测测量量飞飞机机、、航航天天器器、、潜潜艇艇的的转转动动角角速速度度,其结结构构如如图图所所示示。。当当系系统统绕绕轴轴OO′′转动动时时，，元元件件A发生生位位移移并并输输出出相相应应的的电电压压信信号号，，成成为为飞飞机机、、卫卫星星等等的的制制导导系系统统的的信信息息源源。。已已知知A的质量为为m，弹簧的劲劲度系数数为k、自然长度度为l，电源的电电动势为为E、内阻不计计。滑动动变阻器器总长也也为l，电阻分布布均匀，，系统静静止时P在B点，当系系统以角角速度ω转动时，，试写出出输出电电压U与ω的函数式式。A

S

PCBωOO′输出电压U解：设弹簧簧伸长x,则kx=mωω2(l+x)∴x=mω2l／(k-mω2)设滑动变变阻器单单位长度度的电阻为为r1U=IRx=Exr1/lr1=Ex/l∴U=Emω2／(k-mω2)练习、用如图所所示的装装置可以以测量汽汽车在水水平路面面上做匀匀加速直直线运动动的加速速度．该该装置是是在矩形形箱子的的前、后后壁上各各安装一一个由力力敏电阻阻组成的的压力传传感器．．用两根根相同的的轻弹簧簧夹着一一个质量量为2.0kg的滑块可可无摩擦擦滑动，，两弹簧簧的另一一端分别别压在传传感器a、b上，其压压力大小小可直接接从传感感器的液液晶显示示屏上读读出．现现将装置置沿运动动方向固固定在汽汽车上，，传感器器b在前，传传感器a在后．汽汽车静止止时，传传感器a、b在的示数数均为10N（取g=10m／s2）．（1）若传感感器a的示数为为14N、b的示数为为6.0N，求此时时汽车的的加速度度大小和和方向．．（2）当汽车车以怎样样的加速速度运动时，，传感器器a的示数为为零．解：（1）如图所所示，依依题意：：左侧弹弹簧对滑滑块向右右的推力力F1=14N，右侧弹弹簧对滑滑块的向向左的推推力F2=6.0N．滑块所所受合力力产生加加速度a1，根据牛牛顿第二定定律有得a=4m/s2