江蘇省啟東市高考物理 傳感器及其工作原理課件 新人教版

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1、傳感器及其工作原理傳感器及其工作原理小盒子小盒子 A 的側(cè)面露出一個小的側(cè)面露出一個小燈泡，盒外沒有開關(guān)，但是把磁鐵燈泡，盒外沒有開關(guān)，但是把磁鐵 B 放到盒子上面燈泡就發(fā)光，把磁放到盒子上面燈泡就發(fā)光，把磁鐵移走，燈泡熄滅。鐵移走，燈泡熄滅。盒子里有什么裝置？盒子里有什么裝置？原理：原理：當(dāng)磁體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化，相當(dāng)磁體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到開關(guān)的作用?；ノ油ǎ苫晒苣芷鸬介_關(guān)的作用。 傳感器是傳感器是各種測量和自各種測量和自動控制系統(tǒng)的動控制系統(tǒng)的“感覺器官感覺器官”。特性：特性：光敏電阻對光敏感。當(dāng)改變光照強(qiáng)度時，電阻的大小光敏電阻對

2、光敏感。當(dāng)改變光照強(qiáng)度時，電阻的大小也隨著改變。一般會隨著光照強(qiáng)度的也隨著改變。一般會隨著光照強(qiáng)度的增大增大而電阻值而電阻值減小減小。光敏電阻的工作原理光敏電阻的工作原理 當(dāng)光敏電阻當(dāng)光敏電阻受到光照時，受到光照時，光光生電子生電子空穴對空穴對增加，增加，阻值減小，阻值減小，電流增大。電流增大。 光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。個電學(xué)量。例1.如圖所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻此光電計數(shù)器的基本工作原理是（ ）A當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電

3、壓C信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次D信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次AR1R2信號處理系統(tǒng)特性：特性：熱敏電阻的阻值會隨著溫度的熱敏電阻的阻值會隨著溫度的升高升高而而_，具，具有負(fù)溫度系數(shù)有負(fù)溫度系數(shù)減小減小鉑電阻鉑電阻 熱敏電阻或金屬熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把溫度這熱電阻能夠把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。這個電學(xué)量。例2、有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件分別接入如圖所示電路中A、B兩點后，用黑紙包住元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法正確的是（ ）ABA.置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻B.置入熱水中

4、與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻C.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻如右圖，被測物體在左右如右圖，被測物體在左右方向發(fā)生位移時，電介質(zhì)板方向發(fā)生位移時，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移隨之在電容器兩極板之間移動。物體位移的變化，就轉(zhuǎn)動。物體位移的變化，就轉(zhuǎn)換成了電容量的變化。換成了電容量的變化。 電容式位移傳感器能把物體位移這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容式位移傳感器能把物體位移這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個電學(xué)量電容這個電學(xué)量待測壓力F固定電極膜片電極例3傳感器是

5、一種采集信號的重要器件，如圖是一種測定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測壓力F作用于可動膜片產(chǎn)生變形，引起電容的變化，若將電容器、靈敏電流計和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么（ ）A當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將減小B當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將增大C若電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化D若電流計有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化 BC 霍爾元件霍爾元件能夠把能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量。這個電學(xué)量。qBvbUqH)1(nqkdIBknqdIBUH其中vbdnqI)(推導(dǎo)推導(dǎo): : 載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個側(cè)面載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個側(cè)面出現(xiàn)電勢差出現(xiàn)電勢差

6、. .當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時, ,洛侖茲力與電洛侖茲力與電場力平衡場力平衡. . 電流的微觀表達(dá)式電流的微觀表達(dá)式 1、傳感器的概念2、傳感器的工作原理：3、敏感元件：（1）光敏電阻 （光電傳感器）（2）熱敏電阻和熱電阻 （ 溫度傳感器）（3）電容式傳感器 （位移傳感器）（4）霍爾元件 （磁傳感器）非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量第六章第六章 傳感器傳感器6.2 傳感器的應(yīng)用傳感器的應(yīng)用(一一)光敏電阻光照光照放大器MN N被控電路光控繼電器光控繼電器的工作的工作原理原理是是:當(dāng)照射光敏電阻時當(dāng)照射光敏電阻時,(1)光敏電阻的阻值光敏電阻的阻值 (變大或變小變大或變小)； (2

7、) 被控電路被控電路 (填填“接通接通”或或“斷斷開開”)。光控設(shè)備光控設(shè)備電源變小變小接通接通傳感器應(yīng)用的一般模式傳感器應(yīng)用的一般模式1.電子秤使用的測力裝置是什么電子秤使用的測力裝置是什么? 它是由什么元件組成的它是由什么元件組成的?2.簡述力傳感器的工作原理簡述力傳感器的工作原理. 金屬梁金屬梁U1U21.電子秤使用的測力裝置是什么電子秤使用的測力裝置是什么? 它是由什么元件組成的它是由什么元件組成的?3.應(yīng)變片應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？2.簡述力傳感器的工作原理簡述力傳感器的工作原理. 數(shù)顯電子秤電路原理圖數(shù)顯電子秤電路原理圖練習(xí)練習(xí)1.

8、關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說法正關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說法正確的是確的是 （ ）A.應(yīng)變片常用半導(dǎo)體材料制成應(yīng)變片常用半導(dǎo)體材料制成B.當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時，其電阻變大當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時，其電阻變大反之，變小反之，變小C.傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓D.外力越大，輸出的電壓差值也越大外力越大，輸出的電壓差值也越大 膜片在聲波下振動，使得與膜片相連的膜片在聲波下振動，使得與膜片相連的線圈中產(chǎn)生隨聲波變化的感應(yīng)電流。線圈中產(chǎn)生隨聲波變化的感應(yīng)電流。1、動圈式話筒：、動圈式話筒：音圈音圈金屬膜片金屬膜片永久永久磁鐵磁鐵工作原理工作原理:電磁感應(yīng)電磁感應(yīng). 練習(xí)練

9、習(xí)2:(2003上海試題上海試題)唱卡拉唱卡拉OK用的話筒用的話筒,內(nèi)有傳感器內(nèi)有傳感器.其中有一種是動圈式的其中有一種是動圈式的,它的工它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈金屬線圈,線圈處于永磁體的磁場中線圈處于永磁體的磁場中,當(dāng)聲波當(dāng)聲波使膜片前后振動時使膜片前后振動時,就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋蛯⒙曇粜盘栟D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栃盘?下列說法正確的是下列說法正確的是( )A.該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B.該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C.膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變膜片振動時

10、，穿過金屬線圈的磁通量不變D.膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢動勢2、電容式話筒：、電容式話筒：原理原理:Q是絕緣支架是絕緣支架,薄金屬膜薄金屬膜M 和固定電極和固定電極N 形成一個電容器形成一個電容器,被被直流電源充電直流電源充電.當(dāng)聲波當(dāng)聲波使膜片振動時使膜片振動時,電容發(fā)電容發(fā)生變化生變化,電路中形成變電路中形成變化的電流化的電流,于是電阻兩于是電阻兩端就輸出了與聲音變化端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓規(guī)律相同的電壓.優(yōu)點：保真度好優(yōu)點：保真度好絕緣絕緣支架支架薄金薄金屬膜屬膜固定固定電極電極練習(xí)練習(xí)3：電容式話筒將聲音信號被話：電容式話筒將

11、聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導(dǎo)致電容變化筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩板間的的原因可能是容器兩板間的( )A.距離變化距離變化 B.正對面積變化正對面積變化C.介質(zhì)變化介質(zhì)變化 D.電壓變化電壓變化3、駐極體駐極體話筒：話筒：原理原理:它由內(nèi)部的駐極體塑料它由內(nèi)部的駐極體塑料膜感受聲波膜感受聲波. 工作電壓工作電壓: 36 V.)特點：特點：體積小，重量輕，價格便宜，靈敏度高，體積小，重量輕，價格便宜，靈敏度高，常用在盒式錄音機(jī)、聲控玩具等便宜的家電上常用在盒式錄音機(jī)、聲控玩具等便宜的家電上駐極體駐極體背極背極塑料膜塑料膜空隙空隙較弱的聲音擴(kuò)音器擴(kuò)音器揚聲器揚聲器1.話

12、筒的作用是把話筒的作用是把_信號轉(zhuǎn)化為信號轉(zhuǎn)化為_信號。信號。 2.動圈式話筒的工作原理：動圈式話筒的工作原理： 3.電容式話筒的工作原理：電容式話筒的工作原理：4.駐極式話筒的工作原理：駐極式話筒的工作原理：原理原理:熱脹冷縮熱脹冷縮常溫下兩觸點分離。溫度升常溫下兩觸點分離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點接觸。點接觸。電燙斗的構(gòu)造：電燙斗的構(gòu)造：思考與討論：思考與討論：1、為什么溫度較高時壓縮機(jī)自動工作，達(dá)到設(shè)、為什么溫度較高時壓縮機(jī)自動工作，達(dá)到設(shè)定低溫后就自動停止工作？定低溫后就自動停止工作？2、凸輪為什么

13、可以改變設(shè)定的溫度？、凸輪為什么可以改變設(shè)定的溫度？氯甲烷及它的蒸氣氯甲烷及它的蒸氣思考與討論：思考與討論：1、應(yīng)該把恒溫箱中的加熱器接在、應(yīng)該把恒溫箱中的加熱器接在 A、B 還是還是 C、D 之間呢？之間呢？2、要使箱內(nèi)溫度保持、要使箱內(nèi)溫度保持100，可變電阻，可變電阻R值應(yīng)調(diào)值應(yīng)調(diào)節(jié)多大？節(jié)多大？一、一、力傳感器力傳感器的應(yīng)用的應(yīng)用電子秤電子秤二、二、聲傳感器聲傳感器的應(yīng)用的應(yīng)用話筒話筒 三、三、溫度傳感器溫度傳感器的應(yīng)用的應(yīng)用 1.電熨斗電熨斗; 2.電冰箱電冰箱; 3. 恒溫箱恒溫箱 力傳感器是把力傳感器是把力力信號轉(zhuǎn)換成信號轉(zhuǎn)換成電電信號；信號； 聲傳感器是把聲傳感器是把聲聲信號轉(zhuǎn)

14、換為信號轉(zhuǎn)換為電電信號信號; 溫度傳感器常用做溫度傳感器常用做自動控制開關(guān)自動控制開關(guān) 例題例題1：（：（2003上?？碱}）上海考題）演示演示位移傳感器位移傳感器的工作的工作原理如右圖示，物體原理如右圖示，物體M在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是說法正確的是 ( )A. 物體物體M運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B. 物體物體M運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化運動時，電

15、壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C. 物體物體M不動時，電路中沒有電流不動時，電路中沒有電流D. 物體物體M不動時，電壓表沒有示數(shù)不動時，電壓表沒有示數(shù)B 例例2. 慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計。個系統(tǒng)的重要元件是加速度計。加速度計加速度計的構(gòu)造和原的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向按裝的固定光滑理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向按裝的固定光滑桿上套一個質(zhì)量為桿上套一個質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連。滑

16、塊原來靜止，彈簧處于自然長度?；瑝K上有指連。滑塊原來靜止，彈簧處于自然長度?；瑝K上有指針，可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)針，可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。進(jìn)行制導(dǎo)。1.設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動，指設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動，指針向左偏離針向左偏離O點的距離為點的距離為S，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度速度 （ ） A. 方向向左，大小為方向向左，大小為 k S/m B方向向右，大小為方向向右，大小為 k S/m C方向向左，大小為方向向左，大小為 2k S/m D. 方向向右，大小為方向向右，大小為 2k S/mD01010UP2. 若

17、電位器（可變電阻）總長度為若電位器（可變電阻）總長度為L，其電阻均勻，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度a沿水平方沿水平方向運動時，與滑塊連接的滑動片向運動時，與滑塊連接的滑動片P產(chǎn)生位移，此時可產(chǎn)生位移，此時可輸出一個電信號輸出一個電信號U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制導(dǎo)彈運動狀態(tài)輸入信息，試寫出為控制導(dǎo)彈運動狀態(tài)輸入信息，試寫出U與與a 的函數(shù)的函數(shù)關(guān)系式。關(guān)系式。01010UPU0解解：a=2kS/m S=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 S / L=maU0 / 2kL=mU0 a / 2kLa