传感器的综合应用

传感器的综合应用第一页，共十八页，编辑于2023年，星期六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）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：一、传感器的含义非电物理量转换器件敏感元件转换电路电学量第二页，共十八页，编辑于2023年，星期六1.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：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R2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，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U

的变化情况是（

）A.I变大，U

变大B.I

变小，U

变小C.I变小，U变大D.I

变大，U

变小R1R2R3AabEr

解：出现火情时温度升高，R2减小，R总减小，I总增大，Uab减小，U并减小，IA减小，B第三页，共十八页，编辑于2023年，星期六2.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。根据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、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。例题：如图示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是()A.当有光照射R1时,信号处理系统获得较高电压B.当有光照射R1时,信号处理系统获得较低电压C.信号处理系统每获得一次较低电压就记数一次D.信号处理系统每获得一次较高电压就记数一次R1R2信号处理系统BD第四页，共十八页，编辑于2023年，星期六3.声电传感器

例题：（2003上海理综11）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第五页，共十八页，编辑于2023年，星期六4.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、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。第六页，共十八页，编辑于2023年，星期六（1）测物体的质量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE《学海导航》第3节变式练习3第七页，共十八页，编辑于2023年，星期六（2）测物体加速度

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、潜艇及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于加速状态，敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出，已知：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R，有效长度为L，静态时两弹簧均处于原长，滑动触头位于变阻器正中，此时输出电压U=E/2。敏感元件输出信号ER①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a，则两弹簧的形变量是多少？③求加速度a与输出电压U的关系式（以向右为正）《学海导航》第3节变式练习4第八页，共十八页，编辑于2023年，星期六5.电容式传感器

电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，则通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。图甲是测量

的电容式传感器，原理是

。

定片θ甲角度θ由于C∝S，动片与定片间的角度θ发生变化时，引起S的变化，通过测出C的变化，测量动片与定片间的夹角θ图乙是测量

的电容式传感器，原理是

。金属芯线电介质导电液体乙h液面高度h由于C∝S，h发生变化，金属芯线和导电液体组成的电容发生变化，通过测定C的变化，可以测量液面高度h的变化。第九页，共十八页，编辑于2023年，星期六图丙是测量

的电容式传感器，原理是

,

。

固定电极可动电极F丙压力F由于C∝1/d，压力F作用在可动电极上，引起极板间距d的变化，通过测出C的变化，测量压力F的变化。图丁是测量

的电容式传感器，原理是

,

。

极板电介质丁x位移x由于C随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过测出C的变化，测量位移x的变化。第十页，共十八页，编辑于2023年，星期六例题：随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为（）A.改变了湿度B.改变了温度C.改变了磁场D.改变了电容

D第十一页，共十八页，编辑于2023年，星期六6.电感传感器

电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来实现测量或控制的一种装置，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。实例：磁性物质探测报警器录音机NS第十二页，共十八页，编辑于2023年，星期六例：为了测量列车运行的速度和加速度的大小，可采用如图所示的装置，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测量仪组成的(测量仪未画出)。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，磁体宽度与线圈宽度相同，且都很小，线圈匝数n=5，边长L=0.2m,电阻0.4Ω(包括引线电阻)，测试记录下来的电流—位移如图所示。试求：⑴在离O(原点)30m,130m处列车的速度v1和v2的大小⑵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/m0第十三页，共十八页，编辑于2023年，星期六i/A100501500.150.100.05-0.05-0.10-0.15S/m0SOB解：I=E/R=nBLv/Rv=IR/nBL=0.4I／5×0.004×0.2=100×I在30m处，I1=0.12A∴v1=12m/s在130m处，I2=0.15A∴v2=15m/s∴a=（v22-v12）/2S=0.405m/s2第十四页，共十八页，编辑于2023年，星期六03年上海高考18、（7分）图1为某一热敏电阻R(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。⑴为了通过测量得到图1所示I-U关系的完整曲线，在图2和图3两个电路中应选择的是图

；简要说明理由：

。（电源电动势为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0-100Ω）⑵在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1=250Ω。由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为

Ω。⑶举出一个可以应用热敏电阻的例子：_____________。VA图2VA图3I/mAU/V1234567500图110203040AR1R2热敏电阻图4R9V2电压可从0V调到所需电压，调节范围较大解: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热敏温度计第十五页，共十八页，编辑于2023年，星期六3.将金属块m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a=2.0m/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10.0N。(取g=10m/s2)(1)若上顶板传感器的示数是下底板传感器的示数的一半，试判断箱的运动情况。(2)要使上顶板传感器的示数为零,箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？m第十六页，共十八页，编辑于2023年，星期六原来（1）（2）解：m向上做匀减速运动，a向下a=2m/s2F=10NF1=6Nmgamg+F1-F=mam=0.5kg上顶板示数是下底板示数