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1、10.3 传感器的原理及应用zxxk,高三总复习 选修3-2,传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如位移、速度、力、磁感应强度、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流、电阻、电容等电学量，或转换为电路的通断的元器件,一、传感器的概念,把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了,光敏电阻能够把光照强弱这个非电学量转换为电阻这个电学量 Zxxk,二、常用传感器元器件工作原理,1光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变 好,例1.如图所示，R1、R2为定值电阻，L是小灯泡
2、，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时，（ ） A电压表的示数增大 BR2中电流减小 C小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大,ABC,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-
3、,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,例2：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（ ） zxxk A.I 变大，U 变大 B.I 变小，U 变小 C.I 变小，U 变大 D.I 变大，U 变小,B,霍
4、尔电压,一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH的变化就与B成正比。 Zxxk,磁感应强度,电压,FB=FE,d,L,3、霍尔元件,力电阻变化 电压,4、力电传感器的应用电子秤原理分析：,应变片是一种敏感元件，现多由半导体元件制成。自由端施力F，上表面拉伸，电阻变大，两端电压大。下表面压缩，电阻变小，两端电压变小。力F越大，输出电压差越大。,例3：关于电子秤中应变式力传感器的说法:正确的是 A.应变片是由多用半导体材料制成 B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小 C.传感器输出的是应变片上的电压 D.外力越大，输出的电压差值也越大,（ A B D ）,普通干簧管有两个簧片，是
5、用有弹性的软磁性材料制成的，它们密封在玻璃管中，成为一组常开型触点管中充入惰性气体来防止触点被氧化,干簧管将磁场的变化转换成电路的通断,5干簧管,当磁体靠近(按一定方位)干簧管时，两个簧片被磁化而接通,双金属片巧妙地利用了不同金属热膨胀的差异把膨胀系数不同的两种金属片黏合在一起，常温下是直的，当加热时，由于两种金属的膨胀程度不同，双金属片就会向膨胀程度小的金属片那一侧弯曲,6双金属片：,铜的膨胀系数大于铁,6、双金属片温度传感器的作用：控制电路的通断.,温度传感器的应用电熨斗,常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向
6、下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用,熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的,7感温铁氧体,(1)感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成.,(2)常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引。温度达到约103时，失去铁磁性，不能被磁体吸引。,(3)使感温铁氧体失去铁磁性的温度，也叫居里温度.,电饭锅烧饭饭熟后会自动断开，烧水水开后不能能自动断开,工作原理:,(1)开始煮饭时，用手压下开关按钮
7、，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。,（2)水沸腾后,由于锅内保持1000C不变,故感温磁体仍与永磁体相吸,继续加热.故锅内大致保持1000C不变.,(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至“居里点1030C”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,从而停止加热,(4)如果用电饭锅烧水,水沸腾后,锅内保持1000C不变,温度低于“居里点1030C” ,电饭锅不能自动断电.只有水烧干后,温度升高到1030C才能自动断电.,7感温铁氧体,（1）测定角度：,（2）测定液面高度h：,（3）测定压力F：,（4）测定位移x：,定片,待测压
8、力F,固定电极,可动电极,极板,极板,电介质,8、电容式传感器,例4传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片产生变形，引起电容的变化，若将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么（ ） A当F向上压膜片电极时，电容将减小 B当F向上压膜片电极时，电容将增大 C若电流计有示数，则压力F发生变化 D若电流计有示数，则压力F不发生变化,BC,话筒是将声信号转换为电信号的声传感器,当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈(叫音圈)随着一起振动,9声传感器的应用动圈式话筒与电容式话筒,工作原理,音圈在永磁铁的磁场中振动，其中就产生感应电流，感应
9、电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化由声波决定，这就将声信号转换成电信号，这个电信号经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大声音,当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压,9声传感器的应用电容式话筒,工作原理,Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源通电,10、光传感器的应用-烟雾散射式火灾报警器,（1）光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器,报警器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，使部分光线照
10、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,（2）工作原理,如图，是用发光二极管(LED)模仿路灯的光控电路，Rg为光敏电阻，R1是变阻器，斯密特触发器是具有特殊功能的非门,11传感器应用电路设计光控开关电路,天色较亮时，光敏电阻Rg的阻值较小，输入端A电平较低，输出端Y电平较高，路灯不亮；当天色较暗时，光敏电阻Rg的阻值较大，输入端A电平较高，输出端Y电平较低，路灯发光,若想要天色更暗时路灯才会点亮，可以将可变电阻R1阻值调大一些,光控开关电路控制电磁继电器的工作原理,当线圈 A中通过较大电流时，铁芯中产生较大磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与E
11、接触，将工作电路接通，当线圈A中电流较小时，电磁铁磁性较小，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电路,控制电路的工作原理,天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有较大电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭,12.温度报警
12、器工作原理,常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，Rl的阻值不同，则报警温度不同,减小R1的阻值可使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警,原因：R1阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高,逻辑电路,真值表,与门 或门 非门,符号,例4：如图所示，图(甲)为热敏电阻的Rt图象，图为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱电路，继电器线圈的电
13、阻为150.当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合为继电器线圈供电的电池电动势E6V，内阻可以不计图中“电源”是恒温箱加热器的电源(1)应该把恒温箱内的加热器接在A、B端还是C、D端？(2)如果要使恒温箱内的温度保持100，可变电阻R的阻值应调节为多少？,解析：由(甲)图线知，热敏电阻R的阻值随温度升高而减小，因而电磁继电器电路中的电流增大，当电流增大到20mA时，衔铁被吸下，触点与A分离而与C接触，此时应该断开加热电路，所以加热器应接在A、B之间 (1)应将加热器接在A、B端,5、如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，R
14、0是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此时电路中的电流为I， 有风时细金属丝将偏转一角度(与风力大小有关)，细金属丝与电阻丝在B点接触，已知风力方向水平向左，OCh，CDL，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转角时，电流表的示数为I，此时风力大小为F，试写出：(1)风力大小F与的关系式；(2)风力大小F与电流表示数I的关系式(3)此装置所测定的最大风力是多少？,例6：用电流传感器可以清楚地演示一些电学元件对电路中电流的影响，如图所示，在AB间分别接入电容器、电感线圈、定值电阻闭合开关时，计算机显示的电流随时间变化的图像分别如图a、b、c所示，则下列判断中正确的是( ),AAB间接入定值电阻显示图像a BAB间接入电容器显示图像b CAB间接入电感线圈显示图像c DAB间接入电感线圈显示图像b,D,
