传感器的应用1.2.doc

江苏省镇江中学高二物理教学案 第六章 传感器
2．传感器的应用
【知识要求】
1．力传感器—电子秤：它的敏感元件是应变片，形变的大小可以改变其电阻的大小。应变片可以把“力”这个力学量转换成电压这个电学量。
2．声音传感器—话筒：它的敏感元件是音膜，动圈式的话筒音膜与线圈固定。电容式的话筒音膜就是一个电容器的可动极板。音膜的振动就能把声音信号转换成与声音信号变化规律相同的电压。
3．温度传感器
（1）电熨斗：它通过温度传感器来控制电路的通断，应用的物理原理是双金属温度传感器上层金属的膨胀系数大于下层金属，当温度过高时上层金属膨胀比下层金属多，所以整体向下弯曲，触点断开，电路不再工作，起到降温的作用。
（2）电饭锅：电饭锅中的温度传感器主要元件是感温铁氧体。它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但是上升到约103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁混合烧制而成的。
（3）测温仪：温度传感器可以把温度转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来。测温仪中的测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶等，还可以是红外线敏感元件等。
4．光传感器
（1）鼠标器：机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接收管，两个红外接收管就是两个光传感器（如图1）。当鼠标器在桌面上移动时，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。

（2）火灾报警器：有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用（如图2），使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
5．传感器应用的一般模式：

【例题分析】
1．下列说法正确的是 （ ）
A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大
2．传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示，是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路，那么 ( )
A．若电容减小，则力F增大
B．若电容增大则力F减小
C．若电容变大，则力F增大
D．以上说法都不对
3．有一热敏电阻的电阻值随温度变化的R-t图像如图所示，现将该热敏电阻接在欧姆表的两表笔上，做成一个电子温度计，为了便于读数，再把欧姆表上的电阻值转换成温度值．现想使该温度计对温度的变化反应较为灵敏，那么该温度计测量哪段范围内的温度较为适宜（设在温度范围内，欧姆表的倍率不变） （ ）
A．t1~t2段 B．t2~t3段
C．t3~t4段 D．t1~t4段
4．．关于电饭锅，下列说法正确的是（　　）
A．电饭锅中的传感器磁体是一种半导体材料
B．开始煮饭时，压下开关按钮的原因是克服弹簧的弹力使永磁体一端上升，上下触点接触接通电路
C．用电饭锅煮米饭，饭熟后水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当升高到“居里温度”时，电饭锅会自动断电
D．用电饭锅烧水，水沸腾后也可以自动断电
5．用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化成电信号的过程，下列属于这类传感器的是（ ）
A．红外报警装置 B．走廊照明灯的声控装置
C．自动洗衣机中的压力传感装置 D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
6．下列说法中正确的是（　　）
A．机械式鼠标器中光传感器就是两个红外接收管，它的作用就是光信号（红外线脉冲）转换成电信号（电脉冲）
B．机械式鼠标器中光传感器是由两个滚轴，两个码盘，两个红外线发射管（LED）和两个红外接收管组成的
C．火灾报警器中光传感器是光电三极管，它的作用也是把光信号转换成电信号
D．火灾报警器是利用烟雾对光的散射作用来工作的

7．将金属热敏电阻、数字电流表、电源按图连接成电路．将烧杯装入2／3的水，并用铁架台固定在加热器上．闭合开关S，当热敏电阻未放入热水中时，电流表示数为I1；将热敏电阻放入温水中，电流表示数为I2；将热敏电阻放入热水中，电流表示数为I3．则I1、I2、I3的大小关系为 ．

【巩固练习】
1．下列元件利用了光传感器的是 （ ）
A．火灾报警器 B．电饭锅
C．测温仪 D．加速度计
2．计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏光阴自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息．光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是（　）
A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
B．当有光照射R2时，处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次

3．如图所示是电饭煲的电路图，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，计算加热电阻丝R3＝50Ω，两灯电阻不计。
（1）分析电饭煲的工作原理。
（2）计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比。
（3）简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？

4．如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为光源，B为光电接受器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。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接受并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是___________________________________________；
小车的速度表达式为V＝________________；
行程的表达式为S＝_________________。

5．如图甲为在温度为10℃左右的环境中工作的自动恒温箱简图，箱内电阻R1＝20kΩ，R2＝10 kΩ，R3＝40 kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab﹤0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Uab﹥0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在＿＿＿０Ｃ。

6．一水平放置圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝．将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步的沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束．在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应的图线．图（a）为该装置示意图，图（b）为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中．
(1)利用图（b）中的数据求1s时圆盘转动的角速度
(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向
(3)求图（b）中第三个激光信号的宽度△t3

【参考答案】
【例题讲解】
1．ＢＣ
2．Ｃ
3．Ｂ
4．ＢＣ
5．Ａ
6．ＡＣＤ
7． I1＜I2＜I3
【巩固练习】
1．Ａ
2．ＡＤ　
3．（１）略
（２）
（３）温度只能在70℃――80℃之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭．
4．车轮的半径R和齿轮的齿数P：2πRn /P　　2πRN /P
5． 35０Ｃ
6．（1）ω=7.85rad／s （2）激光器和探测器由中心向边缘移动 (3)△t3=0.67×10-3s
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