24-25学年物理(人教版)选择性必修二课件:5.2 常见传感器的工作原理及应用.pptx

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第五章传感器

第二节常见传感器的工作原理及应用;第二节|常见传感器的工作原理及应用;思维导图;新课引入新知初感悟;传感器的应用已经渗透到环境保护、交通运输、航天、军事以及家庭生活等各领域。例如,空调、电冰箱、微波炉、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器,几乎都要使用温度传感器。光传感器的应用也十分广泛,如电脑上的鼠标器、路灯的自动控制及火灾报警器等。

这节课我们就来学习常见的传感器的应用实例。;一、光敏电阻;1、鼠标器的内部结构包括:滚轴x,滚轴y,滚球,码盘,电路板。

2、鼠标器的光传感器主要由红外发射管、红外接收管、滚轴、滚轮组成。;3、工作原理:当鼠标在左面上滚动时,滚球的运动通过滚轴带动两个码盘转动,红外接收管就收到断续的红外线脉冲,输出相应的电脉冲信号。计算机分别统计x、y两个方向的脉冲信号,处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。;光敏电阻产生变化的原因:半导体材料受到的光照增强时,会有更多的电子获得能量成为自由电子,同时空穴增多,即载流子数增多,于是导电性明显地增强,电阻减小。;二、金属热电阻和热敏电阻;【演示实验】;电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。

电熨斗结构图(如图所示):;【思考与讨论】;2、熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,这是如何使用调温旋钮来实现的?

熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,此时可通过调温旋钮调节升降螺丝,升降螺丝带动弹性钢片升降,从而改变触点接触的难易,达到控制在不同温度的目的。

;总结:

1、热敏电阻由半导体材料制成,其电阻随温度的变化明显,温度升高电阻减小,如图所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线。

;2、金属热电阻:有些金属的电阻率随温度的升高而增大,这样的电阻也可以制作温度传感器,称为热电阻,如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。;热敏电阻与金属热电阻的区别;【典例一】;解题思路:金属热电阻的电阻率会随温度的升高而增大,所以电阻也会随温度的升高而增大,为图线a,由于它的电阻与温度成线性关系,所以用它来测量温度,测量范围大,稳定性好,常用来制成温度计,故选项A正确,选项B错误;图线b是热敏电阻的电阻随温度变化的曲线,它的电阻随温度的变化非常明显,故选项C错误,选项D正确。

答案:AD;三、电阻应变片;2、简述力传感器的工作原理。

在金属梁没有力的情况下,金属梁处于水平状态,梁的上下应变片的长度没变且相等,两应变片的电阻大小也相等,当给金属梁施加竖直向下的力时,金属梁会向下弯曲,使得金属梁上面的应变片被拉长,电阻变大,两端电压也变大,而下边的应变片被挤压收缩,电阻变小,两端的电压也减小,使得两应变片两端电压值不相等,存在差值,控制电路就通过这个差值,经过放大电路将差值信号放大,再在显示器上显示出数字,即力F的大小。

;3、应变片能够把什么力学量转化为什么电学量?

应变片能够将形变这个力学量转化为电阻这个电学量。

;四、电容式位移传感器;电容式话筒是由振动膜和固定电极作为两级的一个电容器,敏感元件是振动膜,当声波使振动膜和固定电极间的距离发生变化的时候,电容器的电容改变,将声信号转换为电容这个电学量。;当极板间的距离d发生变化的时候,电容器的电容变化,就可以将非电学量转换成电容这个电学量。同样,如果极板的正对面积S、极板间的电介质发生变化,也会引起电容的变化,那么通过测定电容器的电容就可以确定相应物理量的变化情况,由此可制成电容式传感器。;光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的特性对比;【典例二】;?;【基础练习】;2、如图所示为一种微小位移传感器的原理图。1是待测的物体,软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中平移,G为频率一定的正弦交流信号源,A为交流电流表。现将开关S闭合,下列说法正确的是()

A.该传感器可以将待测物体位移的变化量转换成电路中电流的变化量

B.若待测物体向右平移,电流表的示数将减小

C.若待测物体向左平移,电流表的示数将减小

D.若将信号源换成电压一定的直流电源,该传感器仍可测量出待测物体的位移变化量

;答案:AC

解析:图中被测物体位移变化,带动软铁芯2在线圈中移动,线圈的电感值将变化,这一变化通过转换电路和检测电路输出电流,就得到了被测物体位移的变化.若待测物体向左平移,线圈的电感值将变大,对交流电的阻碍作用变大,电流表的示数将减小AC正确。

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