第三节传感器的应用

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1、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一一电饭锅的结构及工作原理2、了解温度传感器的应用一一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一一机械式鼠标器的构造及工作原理4、了解光传感器的应用一一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、温度传感器的应用一一电饭锅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

2、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。内锅就放在 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，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：

3、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，时，双金属片逐渐冷却复原，常开与常闭触点再次转换， 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。 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，发热管的作用。常用的限流电阻为 保护发热管的关键

4、元件。 例：右图所示，是电饭煲电路简图。 K2为双金属片保温开关， 式超温保护器， 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1=1.口.冋停止加热。当锅内温度下降到 80C以下 接通发热管电源，进行加热。如此煮饭时，按下此开关，给发热管接大小象3W电阻，按在发热管与电源之间，起着保护185 Q、5A或10A （根据电饭煲功率而定）。限流电阻是其中K1为磁钢式限温开关，R为电热盘中管状电热元件，T为热熔R1、

5、R2为限流电阻，L1为煮饭指示红色氖灯，R短路，黄灯L2不亮，红灯亮，且 R发热。当内锅温度达到 70摄氏度一80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摄氏度一80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

6、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摄氏度一80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。

7、它在100 C或以下时，可以被永久磁铁吸引。但当升至103 C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 C上升。当升至103 C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 70C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

8、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

9、比其它炉灶快4至10倍，热效率高达80%A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、光传感器的应用一一鼠标器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

10、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、光传感器的应用一一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R3= 50 Q，两灯电阻不计.【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 C)时，会自动断开.S2是一个自动控控温开 关，当温度低于70C时，会自动闭合；温度高于80

11、C 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= 500Q，加热电阻丝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

12、 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80C, S2自动断开，S1仍闭合；水烧开后，温度升高到 103 C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70C时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80 C时，S2又自动断开，再次处于保温状态.u2(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= R+,r 甩R _ 500两式中R2+R1 _石.F2 _ R+ R并 _ 12从而有F 金 1如果不闭合开关S1,开始

13、S2总是闭合的，R1被短路，功率为F1，当温度上升到80 C 时，S2自动断开，功率降为F2,温度降到70C, S2自动闭合温度只能在 70C 80 C 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 2 n Rk.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 2 n Rn/P .同理，设车轮转动的累积圈数为k

14、，则有s=2n Rk,且k N/P，所以s 2n RN/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: 2n Rn/P 2n RN/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