传感器的应用人教版选修32省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第六章第六章 传感器传感器第二节第二节 传感器应用传感器应用人教版选修人教版选修3-2第1页第2页复习问题请大家回想一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量元件？光敏电阻将光学量光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量磁感应强度这个磁学量转化为电压这电压这个电学量个电学量。第3页传感器应用普通模式：传感器应用普通模式：传感器传感器传感器传感器转换或放大电路转换或放大电路转换或放大电路转换或放大电路执行机构执行机构执行机构执行机构仪表显示仪表显示仪表显示仪表显示微机系统微机系统微机系统微机系统第4页力电传感器应用力电传感器应用电子秤电子秤（1）电子秤使用测力装置是什么？它是由什么元件组成？（2 2）简述力传感器工作原理。）简述力传感器工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为何电学量？第5页3、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1、电子秤测力装置是力传感器，它是由一个金属梁和两 个应变片一起组成了测力部分。2、在金属梁没有力情况下，金属梁处于水平状态，梁 上下应变片长度没变且相等，两应变片电阻大小 也相等，当给金属梁施加竖直向下力时，金属梁会向 下弯曲，使得金属梁上面应变片被拉长，电阻变大，两端电压也变大，而下边应变片被挤压收缩，电阻变 小，两端电压也减小，使得两应变片两端电压值不相 等，存在差值，控制电路就经过这个差值，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 大小。第6页练习练习1.关于电子秤中应变式力传感器说法关于电子秤中应变式力传感器说法 正正 确是确是（）A.应变片是由多用半导体材料制成应变片是由多用半导体材料制成B.当应变片表面拉伸时，其电阻变大；反之，当应变片表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小变小C.传感器输出是应变片上电压传感器输出是应变片上电压D.外力越大，输出电压差值也越大外力越大，输出电压差值也越大A B D第7页例例1:(1)惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统主要元件是加速度计。加速度计结构和原理示意图系统主要元件是加速度计。加速度计结构和原理示意图如图示，沿导弹长度方向安装固定光滑杆上套一个质量如图示，沿导弹长度方向安装固定光滑杆上套一个质量为为m滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k弹簧相连，弹簧相连，两弹簧另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于两弹簧另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度自然长度。滑块上有指针，可经过标尺测出滑块位移，。滑块上有指针，可经过标尺测出滑块位移，然后经过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平然后经过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离方向运动，指针向左偏离O点距离为点距离为S，则这段时间内，则这段时间内导弹加速度导弹加速度 （）A.方向向左，大小为方向向左，大小为 k S/m B方向向右，大小为方向向右，大小为 k S/m C方向向左，大小为方向向左，大小为 2k S/m D.方向向右，大小为方向向右，大小为 2k S/m01010UPD第8页(2)若若电电位位器器（可可变变电电阻阻）总总长长度度为为L，其其电电阻阻均均匀匀，两两端端接接在在稳稳压压电电源源U0上上，当当导导弹弹以以加加速速度度a沿沿水水平平方方向向运运动动时时，与与滑滑块块连连接接滑滑动动片片P产产生生位位移移，此此时时可可输输出出一一个个电电信信号号U，作作为为导导弹弹惯惯性性制制导导系系统统信信息息源源，为为控控制制导弹运动状态输入信息，试写出导弹运动状态输入信息，试写出U与与a 函数关系式。函数关系式。01010UPU0解解：a=2kS/m S=ma/2kU=U0 Rx/R=U0 S/L=maU0/2kL=mU0 a/2kLa第9页力力电转换电转换器器输输出出输输入入受受压压面面例例2 2：某学生某学生为为了了测测量一个物体量一个物体质质量，找到一个力量，找到一个力电转换电转换器器 ，该转换该转换器器输输出出电压电压正比于受正比于受压压面受到面受到压压力（百分比系数力（百分比系数为为k k）如）如图图所表示，所表示，测测量量时时先先调调整整输输入端入端电压电压，使，使转换转换器空器空载时输载时输出出电压为电压为0 0；而后在其受；而后在其受压压面上放上物体，即可面上放上物体，即可测测得与物体得与物体质质量成正比量成正比输输出出电压电压U U。现有以下器材：力电转换器、质量为现有以下器材：力电转换器、质量为m m0 0砝码、电压表、滑动变砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器受压面上）。请完成对该物体测量换器受压面上）。请完成对该物体测量m m。（1 1）设计一个电路，要求力转换器输入电压可调，而且使电压）设计一个电路，要求力转换器输入电压可调，而且使电压调整范围尽可能大，在方框中画出完整测量电路图。调整范围尽可能大，在方框中画出完整测量电路图。（2 2）简明说明测量步骤，求出百分比系数）简明说明测量步骤，求出百分比系数k k，并测出待测物体，并测出待测物体质量质量m m。（3 3）请构想试验中可能会出现一个问题。）请构想试验中可能会出现一个问题。第10页力力电转换电转换器器输输出出输输入入受受压压器器SVR解析：解析：（1 1）设计电路图如图所表示，输入电压采取）设计电路图如图所表示，输入电压采取分压接法目标是让电压可调范围尽可能大。分压接法目标是让电压可调范围尽可能大。（2 2）测量步骤：）测量步骤：调整滑动变阻器，使转换器输出电压为零。调整滑动变阻器，使转换器输出电压为零。将质量为将质量为mm0 0砝码放在转换器上，记下输出电压砝码放在转换器上，记下输出电压U U0 0。将待测物体放在转换器上，记下输出电压将待测物体放在转换器上，记下输出电压U U1 1，由，由U U0 0=km=km0 0g g得得k=Uk=U0 0/m/m0 0g g，测得，测得U U1 1=kmg=kmg，所以，所以m=mm=m0 0U U1 1/U/U0 0。（3 3）可能出现问题）可能出现问题 因电源电压不够而输出电压因电源电压不够而输出电压调不到零。调不到零。待测物体质量超出转换器量程。待测物体质量超出转换器量程。第11页声传感器应用话筒（1）话筒作用是什么？）话筒作用是什么？（2）说明动圈式话筒工作原理和工作过程。）说明动圈式话筒工作原理和工作过程。阅读教材并思索阅读教材并思索声音信号转化为电信号声音信号转化为电信号 第12页膜片接收到声波后引发振动，连接在膜片上线圈伴随一起膜片接收到声波后引发振动，连接在膜片上线圈伴随一起振动，线圈在永磁体磁场里振动从而产生感应电流（电振动，线圈在永磁体磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流大小和方向都改变，振幅和频率改变信号），感应电流大小和方向都改变，振幅和频率改变都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大声音。器，从扬声器中就发出放大声音。（3）说明电容式话筒工作原理和工作过程。）说明电容式话筒工作原理和工作过程。这种话筒优点是什么？这种话筒优点是什么？金 属板金属膜振动膜外电路第13页（4）驻极体话筒工作原理是什么？有何优点？）驻极体话筒工作原理是什么？有何优点？利用电容器充放电形成充放电电流。薄金属膜利用电容器充放电形成充放电电流。薄金属膜M和固和固定电极定电极N形成一个电容器，被直流电源充电当声波形成一个电容器，被直流电源充电当声波使膜片振动时，电容发生改变，电路中形成改变电流，使膜片振动时，电容发生改变，电路中形成改变电流，于是电阻于是电阻R两端就输出了与声音改变规律相同电压两端就输出了与声音改变规律相同电压优点：保真度好。优点：保真度好。驻极体话筒原理同电容式话筒，只是其内部感受声波驻极体话筒原理同电容式话筒，只是其内部感受声波是驻极体塑料薄膜优点：体积小，重量轻，价格廉是驻极体塑料薄膜优点：体积小，重量轻，价格廉价，灵敏度高，工作电压低。价，灵敏度高，工作电压低。第14页演示试验：按照如图所表示连接驻极体话筒工作电路，话筒输出端经过隔直电容接到示波器。对着话筒喊话，观察示波器荧光屏上波形，再用另外一人一样对话筒喊话，比较两次声音产生波形有什么不一样。R 2.7kC 10FE 6vy输入驻极体话筒地第15页温度传感器应用温度传感器应用电熨斗电熨斗 温控开关：温控开关：取一个报废日光灯启辉器，去掉外壳，敲碎氖泡玻璃，能够看到一个U型双金属片，双金属片旁边有一根直立金属丝，二者构成一对触点，常温下触点是分离，用火焰靠近金属片，能够看到双金属片形状改变，与金属丝接触，熄灭火焰，双金属片逐步恢复原状，两个触点分离。把这个开启器用到温控开关，能够控制小灯泡亮和灭。把这个开启器用到温控开关，能够控制小灯泡亮和灭。U形形动动触片触片静触片静触片氖氖泡泡图1第16页思索与讨论：（1）常温下，上、下触点应是接触还是分离？当）常温下，上、下触点应是接触还是分离？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？温度过高时，双金属片将怎样起作用？常温下，上、下触点应是接触，但温度过高时，因为双金属片受热膨胀系数不一样，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停顿加热温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这么循环进行，起到自动控制温度作用 第17页（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不一样温度，这是怎样使用调温旋钮来实现？定不一样温度，这是怎样使用调温旋钮来实现？熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不一样温度，此时可经过调温旋钮调整升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触难易，到达控制在不一样温度目标 第18页温度传感器另一应用温度传感器另一应用电冰箱温控装置电冰箱温控装置 如图所表示是某种电冰箱内温度控制器结构，铜质测温泡1，细管2和弹性金属膜盒3连成密封系统，里面充有氯甲烷盒它蒸汽，组成一个温度传感器，膜盒3为扁圆形，右表面固定，左表面经过小柱体与弹簧片4连接，盒中气体压强增大时，盒体就会膨胀，测温泡1安装在冰箱冷藏室中。5、6分别是电路动触点盒静触点，控制制冷压缩机工作，拉簧7两端分别连接到弹簧片4盒连杆9上。连杆9下端是装在机箱上轴。凸轮8是由设定温度旋钮控制，逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7拉力。电冰箱温控装置工作原理是什么？电冰箱温控装置工作原理是什么？第19页自动控温原理自动控温原理 如图所表示是某种电冰箱内温度控制器结构，铜制测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封系统，里面充有氯甲烷和它蒸汽，组成了一个温度传感器，膜盒为扁圆形，右表面固定，左表面经过小柱体与弹簧片4连接，盒中气体压强增大时，盒体就会膨胀，测温泡1安装在冰箱冷藏室中。5、6分别是电路动触点和静触点，控制制冷压缩机工作，拉簧7两端分别连接到弹簧片和连杆9上，连杆9下端装在机箱上轴，凸轮8是由设定温度旋钮控制，逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7拉力。当冷藏室里温度升高时，1、2、3中氯甲烷受热膨胀，弹性金属膜盒3左端膨胀，推进弹簧片4向左转动，使5、6接触，控制压缩机电路开始工作制冷，当温度下降到一定程度，氯甲烷受冷收缩，5、6又分开，制冷结束，直到下次温度升高再重复上述过程。第20页温度设定原理温度设定原理 将凸轮8逆时针旋转，凸轮将连杆9向右顶，使得弹簧7弹力增大，此时要将5、6触点接通，所需要力就要大些，温度要高一些，即温控挡应低一些（比如1级），顺时针旋转凸轮8，控制温度低一些，控温挡要高一些。第21页本节课主要学习了以下几个问题：本节课主要学习了以下几个问题：1、力传感器应用、力传感器应用电子秤传感器应用电子秤传感器应用 2、声传感器应用、声传感器应用话筒话筒 3、温度传感器应用、温度传感器应用电熨斗电熨斗 力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制用来进行自动控制第22页第二节第二节 传感器应用（二）传感器应用（二）第23页温度传感器应用温度传感器应用-电饭锅电饭锅1、感温铁氧体特点：感温铁氧体特点：常温下含有铁磁性，能够被磁体吸引，不过温度上升到约103时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。注意：这个温度在物理学中称为 该材料“居里温度”或“居里点”。思索：取一块电饭锅用感温铁氧体，使它与一小块思索：取一块电饭锅用感温铁氧体，使它与一小块永磁体吸在一起，用功率较大电烙铁给铁氧体加热，永磁体吸在一起，用功率较大电烙铁给铁氧体加热，经过一段时间后会发生什么现象？经过一段时间后会发生什么现象？现象：现象：当用电烙铁给铁氧体加热时，经过一段时间，铁 氧体就会失去磁性。第24页2、电饭锅原理、电饭锅原理手 动 开关接 线 螺丝触点永磁铁电热板内胆底转轴感温铁氧体思索与讨论：思索与讨论：（1）开始煮饭时为何要压下开关按钮？手松开后这个 按钮是否会恢复到图示状态？为何？第25页开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。（2）煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定温度？为何？水沸腾后，锅内大致保持水沸腾后，锅内大致保持100100不变。不变。（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？饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至至“居里点居里点103”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停顿加热停顿加热第26页（4）假如用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？假如用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持假如用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100不变，温度低于不变，温度低于“居里点居里点103”，电饭锅不能，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到自动断电。只有水烧干后，温度升高到103才才能自动断电。能自动断电。第27页温度传感器应用-测温仪阅读教材，思索并回答以下问题：（1）温度传感器测温仪有何优点？能够远距离读取温度数值因为温度信号变成电信号后能够远距离传输（2）常见测温元件有哪些？热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等热电偶：将两种不一样材料导体或半导体A和B焊接起来，组成一个闭合回路，当导体A和B两个焊接点1和2之间存在温差时，二者之间便产生电动势,因而在回路中形成一定大小电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作。第28页第29页光传感器应用光传感器应用1、机械鼠标器主要结构图、机械鼠标器主要结构图应用一、鼠标器应用一、鼠标器发光二极管红外接收管滚轴码盘滚球第30页2、工作原理：当鼠标在左面上滚动时，滚球运动经过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续红外线脉冲，输出对应电脉冲信号。计算机分别统计X、y两个方向脉冲信号，处理后就使屏幕上光标产生对应位移。滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管 第31页应用二、火灾报警器应用二、火灾报警器1、结构图、结构图2、工作原理：、工作原理：在没有发生火灾时，光电三极管收不到在没有发生火灾时，光电三极管收不到LED发出发出光，展现高电阻状态。当发生火灾时，产生大量烟雾，烟雾光，展现高电阻状态。当发生火灾时，产生大量烟雾，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接电路检测出这种改变，就会其电阻变小。与传感器连接电路检测出这种改变，就会发出警报。发出警报。第32页小小 结结1 1、温度温度传感器传感器 应用应用（1 1）电饭锅电饭锅（2 2）测温仪测温仪2 2、光光传感器传感器 应用应用（1 1）鼠标器鼠标器（2 2）火灾报警器火灾报警器第33页温度传感器应用【例1】如图甲为在温度为10左右环境中工作某自动恒温箱原理简图，箱内电阻R1=20 k，R2=10 k，R3=40 k，Rt为热敏电阻，它电阻随温度改变图线如图乙所表示当 a、b端电压 Uab0时，电压判别器使 S断开，停顿加热，恒温箱内温度恒定在_ 35第34页解：设电路两端电压为为U，当Uab=0时，有解得Rt=20 k由图乙可知，当Rt=20 k时，t=35第35页光传感器应用【例2】如图所表示为一试验小车中利用光电脉冲测量车速和行程装置示意图。A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车车轮，D为与C同轴相连齿轮。车轮转动时，A发出光束经过旋转齿轮上齿间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路统计和显示。若试验显示单位时间内脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车速度和行程还必须测量物理量和数据是 ，小车速度表示式为v=；行程表示式为=。车轮半径车轮半径R R和齿轮和齿轮P P第36页 光束原来是连续，是转动齿轮使光束变为脉冲，所以脉冲情况必定与齿轮（或车轮）转动相关，也就与速度和行程相关。依据速度意义和车正常行驶情况，应有v=2R f，其中R为车轮半径，f为单位时间内车轮转过圈数；若车轮齿数为P，则转一圈应有P个脉冲被B接收到，所以有 代入上式，有 一样，依据行程意义，应有，其中f为整个行程中车轮转过圈数；而 ，所以 可见，还必须测量物理量和数据是车轮半径R和齿轮齿数P，速度和行程表示式如上面两式所表示。第37页第38页