高中物理 第三章 传感器 第三节 传感器的应用素材 粤教版选修3-2（通用）

高中物理 第三章 传感器 第三节 传感器的应用素材 粤教版选修3-2（通用）

第三节 传感器的应用 ‎ ‎【思维激活】‎ 观察生活中的自动控制装置中，那些地方用到了传感器？‎ 提示：如自动门、声控开关、电饭煲等。‎ ‎【自主整理】‎ 原理及应用：传感器主要用在远距离控制或操作和自动控制技术中，不同的传感器有不同作用和应用方法及应用原理，但他们的应用模式是大同小异的，一般是传感器获得 信号 ，得到微弱的 电流 ，再经过 放大电路 放大此电流，然后可以用指针式电表或液晶板等 显示 测量的数据，也可用来 驱动 继电器或其它元件来执行。‎ ‎【高手笔记】‎ ‎1.电饭锅中温度传感器的主要元件是感温铁氧体，可以用收音机中的磁棒代替，这种磁棒也是铁氧体，居里点也是比‎100℃‎略高一些。铁氧体常温有铁磁性，温度上升到‎103℃‎时，又失去铁磁性，而当温度又下降时又恢复磁性，是铁磁性从有到无，从无到有反复的统一的一个过程，温度传感器正是利用铁氧体这一物性制成的。‎ 学习传感器的应用，首先必须理解传感器的工作原理，其次还要清楚应用实例的基本构造，知道其中各部件包含的其他方面的知识理论，这样才能很好地认识传感器在生产技术中的应用。‎ ‎2.电熨斗在达到设定的温度后，就不再升温，是利用物体受热会膨胀的原理，上面的金属片温度高于下面的金属片温度，形变量大，则它向下弯曲，触点分开，从而起到切断电源的作用。然而，当温度降低时，金属片又会收缩，当恢复原状时，两触点又接触，从而接通电路，继续加热，保持温度。‎ 电熨斗中装金属片控制电路是利用物体热胀冷缩的属性，所以，制作传感时必须要对元器件的特征要有明确的认识。‎ ‎3.电冰箱中的传感器的主要元件是一个负温度系数的热敏电阻，即它的阻值随温度的升高而减小，温度的降低而增加。电冰箱工作时，传感器都是通过CPV发出指令的。所以它是感知控制设备中不可缺少的元件。自动控制系统要获取的信息都要通过传感器将其转化为容易传输和处理的电信号。‎ ‎【名师解惑】‎ ‎1.如何理解电子秤的工作原理？‎ 剖析：电子秤是一种力传感器的应用实例。这种传感器的工作原理如图‎3-3-1‎所示，弹簧钢片在的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面的电阻变小。F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压变大，下面应变片两端的电压变小，传感器把这两个电压的差值输出。外力越大，输出电压差值也就越大。‎ 图‎3-3-1‎ ‎2.如何理解温度传感器在电饭锅中的应用？‎ 剖析：如图‎3-3-2‎所示电饭锅的结构示意图，当开始煮饭时，压下按钮，使永磁体与感温磁体接触，接通电源，这时温度低，感温磁体有铁磁性会与永磁体相互吸引，而不使电源断开，当饭煮熟后，水分被大米吸收，锅底温度会达到“居里温度”，此时感温磁体磁性消失，永磁体将会与感温磁体自动分开，断开电路，停止加热。‎ 图‎3-3-2‎ ‎【讲练互动】‎ 例1.如图‎3-3-3‎所示，甲为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，乙为用此热敏电阻和继电器做的成的温控电路，设继电器的线圈电阻为Rx=50Ω，继电器线圈中的电流大于或等于Ic=20mA时，继电器的衔铁被吸合，左侧电源的电动势为6V，内阻可以不计，试问温度满足什么条件时，电路右侧的小灯泡会发光？‎ 图‎3-3-3‎ 解析：半导体材料制成的热敏电阻具有温度系数，即当温度升高时，电阻反而减小，若热敏电阻的阻值用Rm表示，根据闭合电路欧姆定律可知，流过线圈的电流满足I= ≥Ic时衔铁被吸合，右侧的小灯泡会发亮，代入数据得RM≤250Ω，根据图中甲所示的图象可知t≥‎50℃‎时，能够满足RM≤250Ω。‎ ‎2.如图‎3-3-4‎所示为光敏电阻自动计数器的示意图，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（ ）‎ 图‎3-3-4‎ A.当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压 B.当有光照射R1时，信号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 解析：每当光照射在光敏电阻R1上时，R1电阻变小，串联电路中，R2上的电压变大，即信号处理系统获得高电压，A对，当信号处理系统接收到一次高电压，相应计数一次，所以此题选AD。‎ 答案：AD ‎【变式训练】‎ ‎1.如图‎3-3-5‎所示，将万用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再把电表的两只表笔与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中间，若往Rt上擦一些酒精，表针将向________（填“左”或“右”）转动；若用吹风机向Rt吹热风，表针将向________（填“左”或“右”）转动.‎ 图‎3-3-5‎ 解析：热敏电阻是用半导体材料做成的，温度升高时，其电阻减小，第一次擦上酒精，随着酒精的蒸发温度降低，其电阻增大，欧姆表指针向在偏；第二次是吹热风，温度升高，电阻减小，欧姆瑶池指针向右偏。‎ 答案：左 右 ‎2.一光敏电阻和一用电器串联后接在一电源上，如图‎3-3-6‎所示。当电路中的光敏电阻受到光照射时，用电器 正常工作；当光敏电阻不受光照射时，阻值 ，电流 ，用电器 工作。‎ 图‎3-3-6‎ 解析：一般光敏电阻的阻值不受光照射时是受光照射的100～1000倍，电路中的光敏电阻受光照射时，电流相当强，用电器可以正常工作，而光敏电阻不受光照射时，阻值增大，电流减弱，用电器停止工作。‎ 答案：可以 增大 减小 停止 ‎【体验探究】‎ ‎【问题】传感器在机械杠杆秤电子化改造中的应用的优点是什么？‎ ‎【导思】把原来的杠杆式汽车秤改造为机电结合式电子汽车秤，在相当长的一段时间内将具有现实意义。因为就全国范围来看，存在下列不可能短期改变的现状：‎ ‎【探究】（1）原已拥有大量的正常使用中的机械衡器，必要继续保养维修使用下去，从经济能力考虑，不可能废弃不用。‎ ‎（2）机械秤一次投资少。例如一台‎500kg的机械磅秤，售价是几百元人民币，而一台电子衡器的价格为四五千元人民币。‎ ‎（3）对于发展中国家，电子衡器的制作技术、维修技术、使用技术还未普及。而与此相比，对于机械衡器，一般工厂或地方计量部门都已有一支技术成熟的检定规程，有众多的定型产品可供选择。‎ 所以，应用称重传感器来改造原来的机械秤为机电结合式电子汽车秤（如图）是可行的。该电子汽车秤具有方便、便宜等优点。‎