第三节传感器的应用（二）.doc

第三节 传感器的应用（二）学习目标1、理解温度传感器的应用电饭锅的结构及工作原理2、了解温度传感器的应用各种数字式测温仪的特点及测温元件3、理解光传感器的应用机械式鼠标器的构造及工作原理4、了解光传感器的应用火灾报警器的构造及工作原理5、会用各类传感器（光传感器、温度传感器等）设计简单的控制电路课本导读一、温度传感器的应用电饭锅1、电饭锅的内部结构（如图631所示）：电饭锅主要由接线螺钉、触点、转轴、开关按钮、弹簧、内胆底等构成其中为主要元件，它是用、和混合烧结而成的它的特点主要有：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是上升到时，就失去性，不能被磁体吸引了该温度在物理学中称为该材料的或2、普通电饭煲的结构：普通电饭煲主要由发热盘、限温器、保温开关、杠杆开关、限流电阻、指示灯、插座等组成。 发热盘：这是电饭煲的主要发热元件。这是一个内嵌电发热管的铝合金圆盘，内锅就放在它上面，取下内锅就可以看见。限温器：又叫磁钢。它的内部装有一个永久磁环和一个弹簧，可以按动，位置在发热盘的中央。煮饭时，按下煮饭开关时，靠磁钢的吸力带动杠杆开关使电源触点保持接通，当煮米饭时，锅底的温度不断升高，永久磁环的吸力随温度的升高而减弱，当内锅里的水被蒸发掉，锅底的温度达到10320C时，磁环的吸力小于其上的弹簧的弹力，限温器被弹簧顶下，带动杠杆开关，切断电源。保温开关：又称恒温器。它是由一个弹簧片、一对常闭触点、一对常开触点、一个双金属片组成。煮饭时，锅内温度升高，由于构成双金属片的两片金属片的热伸缩率不同，结果使双金属片向上弯曲。当温度达到800C以上时，在向上弯曲的双金属片推动下，弹簧片带动常开与常闭触点进行转换，从而切断发热管的电源，停止加热。当锅内温度下降到80C以下时，双金属片逐渐冷却复原，常开与常闭触点再次转换，接通发热管电源，进行加热。如此反复，即达到保温效果。杠杆开关：该开关完全是机械结构，有一个常开触点。煮饭时，按下此开关，给发热管接通电源，同时给加热指示灯供电使之点亮。饭好时，限温器弹下，带动杠杆开关，使触点断开。此后发热管仅受保温开关控制。限流电阻：外观金黄色或白色为多，大小象3W电阻，按在发热管与电源之间，起着保护发热管的作用。常用的限流电阻为185、5A或10A（根据电饭煲功率而定）。限流电阻是保护发热管的关键元件。例：右图所示，是电饭煲电路简图。其中K1为磁钢式限温开关，K2为双金属片保温开关，R为电热盘中管状电热元件，T为热熔式超温保护器，R1、R2为限流电阻，L1为煮饭指示红色氖灯，L2为保温指示黄色氖灯。试述电饭煲的工作过程。原理如下：电饭煲的奇异功能，就在于K1、K2两个开关的妙用。插头插入电路，闭合K1之前，你会看到红、黄两指示灯交替发光。内锅温度开始较低，双金属片开关K2自动接通，L2支路被短路，黄灯L2不亮，红灯亮，且 R发热。当内锅温度达到70摄氏度80摄氏度时，K2自动断开，由于RR1，L1支路被R短路，红灯L1熄灭，L2支路与R串联，黄灯发亮。由于R2阻值很大，所以，流经L2、R2、R、T回路的电流很小，R消耗的电能很少，内锅温度降低。当温度低于70摄氏度时，K2再自行接通。如此循环，内锅温度保持在70摄氏度80摄氏度之间，饭煮不熟。用手按下磁钢式限温开关K1，此时L2支路被短路，黄灯L2不亮，L1支路与R并联，红灯L1亮且R持续发热。当内锅温度达100摄氏度时，内锅中的水汽化完。饭煮熟后，K1自动跳开，如同K2自动跳开一样的道理，进行上一段分析中的循环，米饭温度保持在70摄氏度80摄氏度范围。一旦磁钢式限温开关 K1失灵，内锅温度过高时，热熔式超温保护器T将发挥作用，使电路断开。3、电磁炉、电饭锅、微波炉这三者的基本工作原理有何异同？电磁炉的工作原理：电磁炉是采用磁场感应涡流加热原理， 他利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内之磁力通过含铁质锅底部时， 即会产生无数之小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热于锅内食物。电饭锅是利用发热板，在铝质锅的底部煮饭。发热板内藏电热线，这电热线是由自动开关控制。发热板的中央有一圆孔，孔内有一感温软磁，它借着弹簧向上顶贴着锅底。这是一种纯铁氧体。它在100或以下时，可以被永久磁铁吸引。但当升至103时，则失去磁性，不再受永久磁铁吸引。当按下开关按键，开关横杆把磁铁向上顶贴着感温软磁。这时，发热线接通，开始加热。当锅内的饭沸腾后，锅内的水就渐渐减少。当水开始蒸干，锅内的温度就由100上升。当升至103时，感温软磁就不受磁铁吸引，开关的杠杆因弹簧的弹力及本身的重力而下降，压使接触点分开，发热线就断电，同时，接通另一保温电路,保持饭的温度在70左右微波炉就是用微波来煮饭烧菜的。这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，而且还很有个性 ：微波一碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被吸收。 微波炉正是利用微波的这些特性制作的。微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，可以阻挡微波从炉内逃出，以免影响人们的身体健康。装食物的容器则用绝缘材料制成。微波炉的心脏是磁控管。这个叫磁控管的电子管是个微波发生器，它能产生每秒钟振动频率为24.5亿次的微波。这种肉眼看不见的微波，能穿透食物达5cm深，并使食物中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于是食物煮熟了。这就是微波炉加热的原理。用普通炉灶煮食物时，热量总是从食物外部逐渐进入食物内部的。而用微波炉烹饪，热量则是直接深入食物内部，所以烹饪速度比其它炉灶快4至10倍，热效率高达80%以上。二、温度传感器的应用测量仪1、测温仪的原理：温度传感器要以把转换成，再由指针式仪表或数字式仪表显示出来这就是指针式测温仪和数字式测温仪的原理由于电信号可以远距离传输，所以应用温度传感器可以进行远距离测温2、测温元件：它可以是、（利用该元件可以实现无接触测温）三、光传感器的应用鼠标器1、机械式鼠标器的内部结构：它由一个滚球、两个滚轴、两个（它的边缘开有许多等间距的小齿）、两个（LED）、还有两个（两个光传感器）等组成的2、机械式鼠标器的工作原理：当鼠标器在桌面上移动时，滚球的运动通过带动两个转动，红外线接收管就收到的，输出相应的计算机分别统计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四、光传感器的应用烟雾散射式火灾报警器1、烟雾散射火灾报警器的构造：带孔的罩子内装有、和不透明的档板2、烟雾散射式火灾报警器的工作原理：平时，收不到LED发出的光，呈现状态烟雾进入罩内后对光有作用，使部分光线照射到，其电阻变，与传感器连接的电路检测发出这种变化，就会发出警报典型例题【例1】如图是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103）时，会自动断开S2是一个自动控控温开关，当温度低于70时，会自动闭合；温度高于80时会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，分流电阻R1R2500，加热电阻丝R350，两灯电阻不计分析电饭煲的工作原理：计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？【例2】如图所示为实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图，A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在小车上，C为小车的车轮车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电路记录和显示若实验显示单位时间的脉冲数n，累积脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是；小车速度的表达式为V；行程的表达式为s【例1】解析：（1）电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80，S2自动断开，S1仍闭合；水烧开后，温度升高到103时，开关S1自动断开，这时饭已经煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态由于散热，待温度将至70时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80时，S2又自动断开，再次处于保温状态（2）加热时电饭煲消耗的电功率P1U2/R并，保温时电饭煲消耗的功率P2，两式中从而有如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80时，S2自动断开，功率降为P2，温度降到70，S2自动闭合温度只能在7080之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭【例2】解析：小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积设车轮的半径为R，单位时间内车轮转动圈数为k，则有V2Rk若齿轮的齿数为P，则齿轮转一圈，电子电路显示的脉冲数即为P，已经单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为n/P由于齿轮与车轮同轴相连，他们在单位时间内转动圈数相等，即kn/P由以上两式可得：v2Rn/P同理，设车轮转动的累积圈数为k，则有s=2Rk，且kN/P，所以s2RN/P可见，要测小车的速度v和行程s，必需测出单位时间的脉冲数n和累积脉冲数N，车轮半径R和齿轮的齿数P【答案】车轮的半径R和齿轮的齿数P：2Rn/P2RN/P【课本导读】一、1永磁体，感温磁体，电热板，感温磁体，氧化锰、氧化锌，氧化铁粉末，103oC，铁磁，居里温度，居里点2煮饭时按下开关按钮，与永磁体相连的一端上升，下触点上升与上触点相连，开始时温度较低，感温磁体具有磁性，吸引下方的永磁体，所以手松开后开关按钮也不会恢复到图示的状态，电路处于接通状态，随着电热板产生热量的增多，温度不断升高，当温度上升到约103oC时，感温磁体就失去铁磁性，不再吸引永磁体，永磁体在弹簧弹力的作用下下降，断开电路，停止加热。二、1温度，电信号2热敏电阻，金属丝电阻，热电偶，红外线敏感元件三、1码盘，红外发射管，红外接收管2滚轴，码盘，红外线脉冲，电脉冲信号，位移四、1发光二极管，光电三极管2光收三极管，高电阻，散射，光电三极管，小