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、动圈式话筒：膜片在声波下振动，使得与膜片相连的线圈中产生周期性变化的感应电流。二、声传感器的应用——话筒2、电容式话筒：金属膜片M

和固定电极

N

形成一个电容器,M

在声波作用下振动,电容器的电容作周期性变化，电阻R

两端的电压也做相应的周期性变化。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()A该传感器是根据电流的磁效应工作的B

该传感器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B金属板金属膜振动膜外电路图5例题：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的（）（A）距离变化（B）正对面积变化（C）介质变化（D）电压变化A3、驻极体话筒：它由内部的驻极体塑料膜感受声波，其工作原理与电容式话筒类似，但是工作的电压只须3～6V，＋＋＋－－－特点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，常用在盒式录音机、声控玩具等便宜的家电上常温下两触点分离。温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。三、温度传感器的应用——1.电熨斗双金属片温度传感器：电烫斗的构造思考与讨论：●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温度？练习、

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，则A．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t1不变D．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1

到t2之间的某一值不变t/℃Rt2t1ADM2.冰箱温度控制器(问题与练习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、连杆思考与讨论：1、为什么温度较高时压缩机自动工作，达到设定低温后就自动停止工作？2、凸轮为什么可以改变设定的温度？氯甲烷及它的蒸气3、恒温箱温控器(问题与练习3)思考与讨论：1、应该把恒温箱中的加热器接在A、B还是C、D之间呢？2、要使箱内温度保持100℃，可变电阻R′值应调节多大？感温铁氧体的“居里点”：感温铁氧体在常温下具有铁磁性，但温度升高到103℃时便失去了铁磁性，这个温度称为这种材料的“居里温度”或“居里点”。4.电饭锅电饭锅的构造思考与讨论：●开始做饭时为什么要压下开关按钮？●若用电饭锅烧水，水在沸腾以后是否会自动断电？5、测温氧仪用温度魄传感器淋可以把请温度转潜换为电奖信号。陕测温元挣件可以思是热敏种电阻、常金属热典电阻、远热电偶暴、红外雀线敏感微元件等泪。电信号消可以远孝距离输菠送，因群而温度室传感器幸可以远秆距离读南取温度老。热电握偶：蚀将两吧种不卖同材秩料的头导体联或半怜导体A和B焊接起铁来，构买成一个纤闭合回凶路，当至导体A和B的两个丢焊接点1和2之间裕存在宴温差逗时，筐两者葬之间茧便产应生电潮动势,因而在烤回路中馋形成一运定大小吓的电流,这种现糊象称为沿热电效痰应。热碎电偶就这是利用两这一效好应来工陪作的。将微斯机辅槽助实闯验系堆统所亭配的邪温度放传感乒器与颠计算勇机连诱接，币可以寄实现墨数据鼻采集缝、处果理、叨画图歌的智痰能化岔功能碰。四、光没传感器摩的应用——1骨.鼠标狮器鼠标中炸的红外袍接收管紫就是光呜传感器酬。鼠标灿移动时只，滚球文带动x、y方向白两个微码盘龟转动蜘，红巴外管段接收寨到一晕个个皇红外绕线脉雨冲。蛛计算东机分众别统闲计x、y两个荐方向呀上的掠脉冲工信号哥，就昂能确军定鼠怕标的冒位置额。2.火灾现报警漂器光电捐三极获管是扣烟雾浙火警豆报警愤器中泉的光度传感议器。雨平时详，发暮光二惑极管粥发出设的光偷被不夺透明矩挡板巷挡住抢。当因有烟量雾时秘，烟暴雾对漆光有齐散射剧作用日，光膝电三肉极管粒接收欣到散束射光勾，电锦阻变寺小，随使报咐警电胶路工族作。小藏结1、温度传感器的应垃用（1）电饭吃锅（2）测温亚仪2、光传感器的应用（1）鼠标锹器（2）火灾报蓝警器温度传诞感器的顺应用【例1】如图甲绿为在温越度为10℃左右的默环境中窑工作的舰某自动迟恒温箱甘原理简污图，箱拍内的电菊阻R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，Rt为热敏毒电阻，阴它的电否阻随温嗓度变化枯的图线苹如图乙愿所示．引当a、b端电罚压Uab<0时，艳电压井鉴别咬器会晓令开波关S接通，类恒温箱路内的电于热丝发遍热，使辆箱内温祝度提高仍；当Uab>0时，抛电压毛鉴别当器使S断开廊，停拜止加学热，捧恒温貌箱内伏的温烦度恒风定在___伪___看___殃℃．35解：走设电周路两扇端电眯压为灰为U，当Uab=0时，有解得Rt=20kΩ由图阿乙可堪知，粥当Rt=20kΩ时，t=35℃．03年上垄海高围考18、图1为某笋一热剑敏电滑阻R(电阻挤值随竖温度哗的改腥变而食改变支，且女对温勒度很吼敏感)的I-U关系包曲线喘图。⑴为笑了通货过测棵量得刃到图1所示I-U关系烫的完钢整曲吊线，是在图2和图3两个电遇路中应电选择的萝是图；简扣要说例明理斥由：。（电仆源电动阳势为9V，内阻不仔计，滑兰线变阻组器的阻班值为0-1且00Ω）⑵在图4电路中滥，电源铅电压恒域为9V，理楚想电彩流表病读数这为70m迫A，定值册电阻R1=25现0Ω。由热敏即电阻的I-U关系曲京线可知矿，热敏专电阻两尤端的电功压为___更___拐__V；电阻R2的阻值乔为Ω。⑶举出究一个属可以沉应用庭热敏眉电阻著的例菊子：___秆___显___屯___悬_。2电压可鄙从0V调到所良需电压拔，调节铜范围较矿大解:⑵躬I1=9范/2练50级=0级.0喇36浆A=夺36刊mA涛I2=34笋mA由图1得UR=5.算2V5.侮2R2=(9胀-5.闷2)熄/0蚁.03半4=1痕11.漂8Ω11学1.昏6—视11外2.茎0热敏兴温度攻计VA图2VA图3I/mAU/V1234567500图110203040AR1R2热敏电阻图4R9V光传感铲器的应拢用【例2】如图所族示为一等实验小固车中利虎用光电辛脉冲测壳量车速济和行程堂的装置稿示意图甩。A为光广源，B为光电预接收器颤，A、B均固矿定在罪车身巷上，C为小返车的框车轮煌，D为与C同轴辅相连屈的齿纵轮。补车轮荒转动瞒时，A发出的跪光束通系过旋转扇齿轮上伪齿的间侄隙后变浊成脉冲姑光信号熔，被B接收予并转旬换成努电信恰号，王由电搬子电员路记惨录和朵显示驻。若叉实验棕显示雅单位傻时间促内脉岔冲数扎为n，累煮计脉钟冲数畅为N，则达要测晌出小摄车的立速度刊和行品程还钱必须宋测量栽的物吐理量滨和数何据是，小锤车速丑度的辜表达湾式为v=；行程锣的表达稠式为=。车轮类的半近径R和齿轮P光束原温来是连肃续的，幅是转动提的齿轮争使光束筑变为脉匠冲，因冤此脉冲勉情况必臣定与齿舍轮（或爱车轮）堵的转动狐有关，渔也就与急速度和就行程有盆关。根据汪速度氏的意丘义和岂车正类常行萍驶的右情况碰，应摔有v=2胶πR扩f，其出中R为车轮共的半径躺，f为单疫位时炊间内择车轮追转过珠的圈犯数；掩若车孕轮的镜齿数斯为P，则奥转一雁圈应转有P个脉冲坑被B接收梦到，恭因此崖有剑代入年上式膜，有同样水，根熔据行检程的搞意义壁，应壁有，原其中f为整个翼行程中推车轮转煮过的圈靠数；而美，所山以可见宿，还枕必须性测量胁的物艇理量亩和数鞭据是即车轮傍的半烦径R和齿轮赛齿数P，速度链和行程冠的表达马式如上潜面两式进所示。3.如图渡所示辨为光野敏电矿阻自毁动计不数器汁的示个意图哈，其舰中A是发叨光仪套器，B是传倚送带研上物汗品，R1为光幼敏电丝式阻，R2为定静值电闪阻，心此光猜电计个数器连的基骡本工悉作原掩理是真（验）（A）当兄有光类照射R1时，信线号处理历系统获哄得高电神压（B）当有威光照射R1时，信仿号处理秒系统获摘得低电春压（C）信策号处匙理系借统每叙获得戴一次卵低电做压就贴记数侦一次（D）信碰号处金理系狐统每孟获得总一次父高电疾压就解记数尖一次BDR2AR1信号处理系统图3B力电转换器＋＋－－输出输入受压面4：某学携生为眠了测上量一学个物宫体的袋质量经，找痛到一作个力扒电转论换器举，该呼转换鸽器的细输出稀电压申正比粗于受咱压面鹅受到护的压特力（养比例值系数甲为k）如图佣所示，造测量时趁先调节泊输入端乖的电压夹，使转垄换器空仰载时的萄输出电博压为0；而杜后在膝其受效压面惜上放分上物锹体，财即可析测得乘与物鹅体的盟质量吵成正门比的霸输出归电压U。现有下搜列器材愉：力电伤转换器机、质量舍为m0的砝搭码、钥电压渗表、邀滑动址变阻省器、呀干电闸池一广个、丘电键混及导脾线若可干、捧待测石物体执（可史置于型力电卷转换桨器的博受压于面上射）。狼请完躬成对晶该物鸣体的德测量m。（1）设铁计一代个电亿路，长要求扇力转既换器悟的输粥入电利压可淘调，码并且凝使电内压的斥调节跑范围膀尽可炭能大时，在脚方框写中画凳出完意整的腿测量仍电路剪图。（2）简要牵说明测裳量步骤剧，求出祝比例系懂数k，并测局出待测态物体的倒质量m。（3）请设向想实验壶中可能方会出现毅的一个戒问题。力电转换器＋＋－－输出输入受压器SVR解析：轮（1）设绣计的封电路亮图如考图所歌示，集输入斑电压伴采用丽分压亏接法退目的馒是让劲电压挣可调栗范围死尽可丈能大涉。（2）测捆量步兔骤：①调节修滑动脉变阻贡器，扰使转承换器留的输循出电僚压为滤零。②将质狸量为m0的砝码斯放在转君换器上锁，记下胁输出电认压U0。③将待测砌物体放忠在转换养器上，间记下输访出电压U1，由U0=k凤m0g得k=朝U0/m0g，测胀得U1=km柳g，所以m=m0U1/U0。（3）可能贺出现的菠问题①因电勤源电元压不侦够而岩输出致电压调不馒到零赖。②待测物羊体质量范超出转带换器量彩程。2.加速度玻计炭问题与友练习21、两个来电池的功电动势一样甘大2、滑片煎在中间青位置电压表的蓝读数为顶零3、P点电势短高与Q点时，僵指针馅向右帽偏转练习葱：惯性制华导系统骑已广泛染应用于谨导弹工旷程中，兄这个系届统的重欢要元件纸是加速莲度计。无加速度膛计的构凶造和原催理的示双意图如龟图示，旱沿导弹袋长度方慰向安装帆的固定遮光滑杆赤上套一害个质量姿为m的滑块肤，滑块争的两侧狡分别与每劲度系银数均为k的弹夜簧相损连，躁两弹最簧的首另一界端与状固定归壁相袍连。闲滑块奔原来且静止怪，弹产簧处追于自然长糟度。滑余块上恰有指饥针，依可通消过标抄尺测茅出滑愤块的池位移暖，然哈后通奶过控时制系找统进天行制琴导。脑设某撞段时妙间内烧导弹讨沿水失平方吴向运塞动，惕指针划向左冤偏离O点的陕距离前为S，则这消段时间灵内导弹妻的加速肠度闯（织）A.方向向浙左，大码小为kS遮/mB．方往向向龟右，甲大小亲为kS耗/mC．方向磁向左，背大小为2k睬S梨/mD.方向向喊右，大匠小为2k垮S/m01010UPD(2)若电殖位器洽（可饼变电叼阻）纱总长顿度为L，其电奔阻均乎匀，蒸两端烤接在多稳压宜电源U0上，黄当导显弹以兄加速低度a沿水臭平方剃向运步动时莫，与膛滑块列连接协的滑饺动片P产生湾位移预，此棉时可宾输出去一个怒电信眉号U，作为导乐弹惯性托制导系杰统的信瞒息源，很为控制挠导弹运启动状态游输入信慰息，试鸽写出U与a的函数掀关系式底。01010UPU0解：a=宽2k究x/添m∴x=m荒a/2退kU=U0Rx/R命=肯U0x/悄L=ma滨U0/2哀kL=mU0a/卡2k徐L∝a练习:可测桃量飞压机、柜航天表器、绕潜艇铜的转销动角眯速度,其结亏构如介图所欠示。旦当系句统绕饰轴OO耐′转动时倚，元件A发生家位移忍并输肌出相蚁应的销电压烘信号芦，成数为飞宵机、井卫星肉等的镜制导距系统悔的信寻息源池。已互知A的质胃量为m，弹簧的港劲度系吓数为k、自然长义度为l，电源坊的电掌动势股为E、内阻不动计。滑封动变阻杏器总长臣也为l，电阻分汽布均匀需，系统煤静止时P在B点，脏当系篮统以除角速浇度ω转动电时，烫试写柴出输探出电欢压U与ω的函数血式。A

S

PCBωOO′输出电压U解：设弹数簧伸长x,则kx=m钞ω2(l+x相)∴x=脚m脂ω2l／(鞋k-奔mω2)设滑动径变阻器宽单位长网度的电难阻为r1U=IRx=Ex引r1/lr1=E闭x/l∴U=Emω2／(k-狭mω2)练习搂、用如饥图所聋示的碌装置啦可以评测量直汽车宝在水凑平路识面上矛做匀徐加速粱直线灿运动稼的加辉速度醋．该记装置灯是在谜矩形局箱子旧的前竞、后规壁上兵各安粉装一自个由朋力敏谊电阻擦组成勒的压歌力传队感器前．用午两根筹相同杯的轻滩弹簧恩夹着滤一个沈质量根为2.暴0容kg的滑块慢可无摩统擦滑动马，两弹材簧的另升一端分孩别压在始传感器a、b上，厉其压馆力大朽小可谨直接屠从传所感器项的液认晶显愁示屏熊上读禁出．救现将熟装置吐沿运慨动方葡向固砍定在兴汽车稳上，糕传感调器b在前，厕传感器a在后换．汽蔬车静虹止时胞，传屯感器a、b在的示税数均为10饱N（取g=10具m／s2）．（1）若传厉感器a的示倘数为14疑N、b的示克数为6.0透N，求缎此时塌汽车板的加款速度蛋大小赶和方疾向．（2）当畜汽车蹦以怎牙样的淋加速早度运动时反，传感恋器a的示抛数为痛零．解：吼（1）如图风所示，骄依题意薯：左侧夸弹簧对津滑块向饼右的推兰力F1=14皱N，右春侧弹嫁簧对魔滑块行的向忆左的煤推力F2=6秩.0属N．滑块隐所受合纠力产生丙加速度a1，根据鸡牛顿第二臭定律有得a=悠4草m/陵s2a1与F1同方绞向，刃即向能前（效向右男）．（2