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6－3－1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。
①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。
②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103±20C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。
③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。
④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。
⑤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185Ω、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R<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R1＝R2＝500Ω，加热电阻丝R3＝50Ω，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P1＝U2/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70℃――80℃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V＝2πRk．
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k＝n/P．
由以上两式可得：v＝2πRn/P．
同理，设车轮转动的累积圈数为k，则有s=2πRk，，且k＝N/P，所以s＝2πRN/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：2πRn/P　　2πRN/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