第六章传感器分析.docx
- 文档编号:1586690
- 上传时间:2022-10-23
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:311.73KB
第六章传感器分析.docx
《第六章传感器分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第六章传感器分析.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第六章传感器分析
物理选修3—2第六章传感器
第一节传感器及其工作原理(1课时)
一、导学流程
课程导入:
在电子计算机广泛应用、在信息技术高速发展的今天,担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用,例如常用的自动报警器、电视遥控接收器、红外探测仪等都离不开传感器,试说明传感器是哪一类元件。
探究新知
(一)什么是传感器
如图6-1-1所示,小盒子A的侧面露出一个小灯泡,盒外没有开关,但是把磁铁B放在盒子上面,灯泡就会发光,把磁铁移走,灯泡熄灭。
盒子里有什么样的装置,才能出现这样的现象?
(2)干簧管元件
电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件,它的工作原理是什么?
(3)传感器的定义
(4)说明:
上面对传感器的定义,只有一种形象定义方法,并不是严格定义,严格来说,
①广义定义:
传感器是指能感知某一物理量、化学量或生物量等的信息,并能将之转化为可以利用的信息的装置。
②狭义定义:
感受被测量,并按一定规律将其转化为同种或别种性质的输出信息的装置。
③由于电信号易于保存、放大、计算、传输,且是计算机惟一能够直接处理的信号,所以传感器的输出一般是电信号(如电流、电压、电阻、电感、电容、频率等)。
但不能认为输出的一定是电信号,传感器的快速发展,其品种已达数万,我们今天学习的只是最基本的几种而已。
(二)光敏电阻
(1)光敏特性实验
按图6-1-3所示,将一光敏电阻连入电路中,将多用表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与光敏电阻两端相连,在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示光敏电阻的阻值;
①用手掌遮住光线,光敏电阻在暗环境中,电阻值,上下移动手掌时,光敏电阻阻值明显。
②用强光照射电阻,电阻阻值很。
③换用普通电阻,去掉表面部分漆层,重做上述实验,没有上述现象发生,说明普通电阻不具备光敏特性。
(2)试解释光敏电阻特性的原因
例1:
图6-1-4所示,是利用光敏电阻自动计数(数传送带上的物体)的示意图,其中A是发光仪器,B是接收信号的仪器,B中的主要元件是光电传感器——光敏电阻,试说明计数原理。
(三)热敏电阻和金属热电阻
(1)什么是金属热电阻?
它常用什么材料制作?
(2)什么是热敏电阻?
它常用什么材料制作?
(3)说说金属热电阻和热敏电阻的相同点与不同点。
例2:
按图6-1-5所示将一热敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡,再将电表的两支表笔分别与热敏电阻两端相连,将热敏电阻放入有少量冷水并插有温度计的烧杯中,在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示热敏电阻的阻值;再分几次向烧杯中倒入开水,观察不同温度下热敏电阻的阻值,说说这个热敏电阻的阻值是如何随温度变化的。
札记
(四)霍尔元件
在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上,制作4个电极E、F、M、N,就成为一个霍尔元件,如图所示,在E、F间通以恒定的电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下,向着与电流和磁场都垂直的方向漂移,使M、N间出现了电压,称为霍尔电压UH。
可以证明
式中为,K为,它的大小与薄片的材料有关。
一个霍尔元件的d、K为定值,再保持I恒定,则的变化应与B正比。
霍尔元件能够把这个磁学量转换为这个电学量。
例3:
在上图中,从相对的两个极E、F接出两条导线,与限流电阻及电流计串联后接到干电池上,调整电阻使通入的电流约为10mA,将另一对电极M、N接到多用表的200mV直流电压挡上。
将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面,即写有字符的表面,将会看到霍尔电压怎样变化?
用另一个磁极去接近,又会看到什么现象?
改变磁感线与霍尔元件工作面夹角,再次观察这个电压的变化,并解释发生的现象。
二、巩固练习:
第60页问题与练习1.2
1.如图6-1-7所示,为测定压力的电容式传感器,将电容器、灵敏电流计(零刻度在中间)和电源串联成闭合电路,当压力F作用于可动膜上电极上时,膜片产生形变,引起电容的变化,导致灵敏电流计指针偏转,那么从恒定压力开始作用到膜片形态稳定过程中,灵敏电流计指针偏转情况应是(设电流从电流计“十”接线柱流入时,指针向右偏转。
)()
A.向右偏转,然后又回到零刻线处B.向左偏转,然后又回到零刻线处
C.向右偏转到某一刻度处静止不动D.向左偏转到某一刻度处静止不动
2.家用电热灭蚊器中电热部分的主要元件是PTC.PTC元件是由钛酸钠等半导体材料制成的电阻器,其电阻率与温度的关系如图6-1-8所示,由于这种特性,因此,PTC元件具有发热、控温双重功能,对此,下列判断正确的是()
A.通电后,其功率先增大后减小
B.通电后,其功率先减小后增大
C.当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在或不变
D.当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在~的某一值不变
札记
3.图6-1-9是一种通过测量电容器电容的变化,来检验液面高低的仪器原理图(这种仪器的优点是将非电学量的变化转化为电信号,使测量自动化),容器中装有导电液体,是电容器的一个电极;中间的芯柱是电容器的另一个电极,芯柱外面套有绝缘管(塑料或橡皮)作为电介质,电容器的两个电极分别用导线接到指示器上,指示器显示的是电容的大小,于是从电容的大小就可以知道容器中液面位置的高低。
(1)如果指示器显示出电容增大了,则液面将升高还是降低,其原因是什么?
(2)如果指示器显示出电容减小了,则液面又将如何变化?
4.如图6-1-10所示,当被测物体在左右方向发生位移时,电介质随之在电容器两极板之间移动,如果测出了电容的变化,就能知道物体位置的变化,用什么方法可以检测电容的变化?
5.如图6-1-11所示为温度警报灯的示意图,试叙述其基本工作原理,如果要改变报警温度,应如何调节?
三、本节小结:
第二节传感器的应用
(一)(1课时)
传感器
放电
电路
转换
札记
一、导学流程
通过你的观察了解和学习,试说出你所知道的传感器的种类,例如,力电传感器等。
它们各是把什么量转化为什么量?
探究新知
(一)传感器应用的一般模式
(二)力传感器的应用——电子秤
试简述应变片测力原理
应变式力传感器可以用来测重力、外力、拉力等各种力。
应变片能够把这个力学量转换为这个电学量。
例1:
如图6-2-2所示为大型电子地磅电路图,电源电动势为E,内阻不计,不称物体时,滑动头P在A端,滑动变阻器接入电路中有效电阻最大,电流较小;称重物时,在压力作用下使滑动头下移,滑动变阻器有效电阻变小,电流变大,这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的质量,若滑动变阻器上A、B间长度为L,最大阻值为R0,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数K,试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系。
(三)声传感器的应用——话筒
1.动圈式话筒原理
在剧场里,为了使观众能听演员的声音,常常需要把声音放大,放大声音的装置主要包括话筒,扩音器和扬声器三部分(图6-2-3)
札记
话筒是把声音转变为电信号的装置,如下图(左)是动圈式话筒的构造原理图,它是利用电磁感应现象制成的,当声波使金属膜片振动时,连接在膜片上的线圈(叫做音圈)随着一起振动,音圈在永磁铁的磁场里振动,其中就产生感应电流(电信号),感应电流的大小和方向都变化,振幅和频率的变化由声波决定,这个信号经扩音后传给扬声器,从扬声器中就发出放大的声音。
2.电容式话筒原理
如上图(右)所示,Q是绝缘支架,薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压。
3.驻极体话筒
原理与电容式话筒相似,它的特点是体积小、质量轻、价格便宜、灵敏度高,工作电压只需3—6V,
例2:
磁带录音机主要由机内话筒、磁带、录放磁头、放大电路、扬声器、传动机构等部分组织,图6-2-6是录音机的录、放原理示意图,简述原理。
(四)温度传感器的应用——电熨斗
1.日光灯启动器中的双金属片
日光灯启动器的构造如图6-2-7所示,它主要是一个充有氖气的小玻璃泡,里面装有两个电极,一个是固定的静触片,另一个是用双金属片制成的U形动触片,通常,动、静触片间不接触,有一小缝隙,双金属片受
札记
热时,两层金属膨胀的程度不同,下层的膨胀多些,会使U形动触片稍稍伸开一些,而与静触片接触,当双金属片处于常温下,U形动触片冷却收缩,两个触片分离,双金属片就是温度传感器,这种传感器的作用是控制电路的通断。
2.电熨斗的自动控温原理
电熨斗在达到设定温度后不再升温,当温度降低时又会继续加热,当温度超过设定温度时,电路断开,停止加热,使它总与设定温度相差不多。
试简述电熨斗自动控温的原理?
例3:
在一串节目的彩泡的电路中串接一个日光灯启动器,你会看到什么现象?
并解释这一现象。
(图6-2-9)
三、巩固练习
(一)基础过关题
第64页—65页问题与练习1—3
1.电子秤的测力装置由金属梁和应变片组成的力传感器,传感器受力时,上表面应变片受力拉伸其电阻,下表面应变片受力压缩其电阻,把应变片电阻变化变换成电压差输出,传感器受力越大,电压差。
2.如图6-2-10所示,一般会场用的大多是动圈式话筒,其原理是电磁感应,试说明它是怎样把声信号转换成电信号的?
札记
3.用电熨斗熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,这是如何利用调温旋钮来实现的?
(二)能力提升题
4.如图所示是一种悬球式加速度仪,它可以用来测定沿水平轨道做匀加速直线运动的列车的加速度。
m是一个金属球,它系在细金属丝的下端,金属丝的上端悬挂在O点,AB是一根长为的电阻丝,其阻值为R,金属丝与电阻丝接触良好,摩擦不计,电阻丝的中点C焊接一根导线,从O点也引出一根导线,两导线之间接入一个电压表V,金属丝和导线内阻不计,图中虚线OC与AB相垂直,且OC=h,电阻丝AB接在电压为U的直流电源上,整个装置固定在列车中使AB沿着列车前进的方向,列车静止时金属丝呈竖直状态,当列车加速或减速前进时,金属丝偏离竖直方向,从电压表的读数变化可以测出加速度的大小。
(1)当列车在水平轨道向右做匀加速直线运动时,试写出加速度与金属丝偏角的关系;写出加速度与电压表读数的对应关系,以便重新刻制电压表表盘使它成为直接读加速度数值的加速度仪。
(2)这个装置能测得的最大加速度为多大?
(3)为什么C点设置在电阻丝AB的正中点?
对电压表的选择有何特殊要求?
三、本节小结:
第三节传感器的应用
(二)(1课时)
札记
一、导学流程
你的家庭、学校和附近的公共设施中,有哪些地方使用了传感器?
这些传感器各是什么类型的?
各起了什么作用?
探索新知
(一)温度传感器的应用-----电饭锅
1.感温铁氧体
感温铁氧体是用氧化猛、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的。
它的特点是:
2.电饭锅的结构及工作原理
例1:
如图6-3-1所示是电饭锅的结构,试回答下列问题:
(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮?
手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态?
为什么?
(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度?
为什么?
(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度会有什么变化?
这时电饭锅会自动地发生哪些动作?
(4)如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电?
为什么?
札记
(二)温度传感器的应用——测温仪
1.原理:
温度传感器可以把温度转换为电信号,由指针仪表或数字式仪表显示出来,把非电学量转变为电学量。
2.优点:
由于电信号可以由测温点传
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第六章 传感器分析 第六 传感器 分析
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)