传感器的综合应用

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1、传感器的综合应用传感器的综合应用1一、一、传感器的含义传感器的含义二、传感器的分类二、传感器的分类 1. 热电传感器热电传感器 2. 光电传感器光电传感器 03年天津理综、年天津理综、 05年盐城二模年盐城二模9. 3. 力电传感器力电传感器 （1）测物体的质量测物体的质量（2）测物体加速度测物体加速度 （3）测物体角速度测物体角速度 例例1. （4）测测 力力 （5）测测 位位 移移 03年上海理综年上海理综10. 4. 声电传感器声电传感器 5. 电容式传感器电容式传感器 例例2 6. 电感传感器电感传感器 传感器的综合应用传感器的综合应用2 传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、传

2、感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：转换电路三个部分组成，如： 一、传感器的含义一、传感器的含义非电物理量非电物理量转换器件转换器件敏感元件敏感元件转换电路转换电路电学量电学量31. 热电传感器热电传感器 热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化热电传感器是利用热敏

3、电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的的原理制成的,如各种家用电器如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等水机、电饭煲等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等。的温度控制、火警报警器、恒温箱等。 例例题题：如如图图是是一一火火警警报报警警的的一一部部分分电电路路示示意意图图。其其中中R2 为为用用半半导导体体热热敏敏材材料料制制成成的的传传感感器器，电电流流表表为为值值班班室室的的显显示示器器，a、b之之间间接接报报警警器器。当当传传感感器器 R2 所所在在处处出出现现火火情情时时，显显示示器器的的电电流流I、报报警警器器两两端端的的电电压压U 的的变化情况是

4、（变化情况是（ ）A.I 变大，变大，U 变大变大 B.I 变小，变小，U 变小变小 C.I 变小，变小，U 变大变大 D.I 变大，变大，U 变小变小 R1R2R3AabEr 解：解：出现火情时温度升高，出现火情时温度升高，R2 减小，减小， R总总减小，减小， I总总增大，增大，Uab减小，减小， U并并减小，减小， IA减小，减小，B42.光电传感器光电传感器 光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。根光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。根据光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成据光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的。如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾

5、报的。如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。警器等都是利用了光电传感器的原理。 例题：例题：如图示为光敏电阻自动计数器的示意图如图示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中其中R1为光敏电阻为光敏电阻,R2为定值电阻为定值电阻,此光电计数器的基本工此光电计数器的基本工作原理是作原理是 ( )A. 当有光照射当有光照射R1时时,信号处理系统获得较高电压信号处理系统获得较高电压B. 当有光照射当有光照射R1时时,信号处理系统获得较低电压信号处理系统获得较低电压C. 信号处理系统每获得一次较低电压就记数一次信号处理系统每获得一次较低电压就记数一次D.信号处理系统每获

6、得一次较高电压就记数一次信号处理系统每获得一次较高电压就记数一次R1R2信号处信号处理系统理系统B D53.声电传感器声电传感器 例例题题：（2003上上海海理理综综11 ）唱唱卡卡拉拉OK用用的的话话筒筒，内内有有传传感感器器。其其中中有有一一种种是是动动圈圈式式的的，它它的的工工作作原原理理是是在在弹弹性性膜膜片片后后面面粘粘接接一一个个轻轻小小的的金金属属线线圈圈，线线圈圈处处于于永永磁磁体体的的磁磁场场中中，当当声声波波使使膜膜片片前前后后振振动动时时，就就将将声声 音音 信信 号号 转转 变变 为为 电电 信信 号号 。 下下 列列 说说 法法 正正 确确 的的 是是 ( )A 该传

7、感器是根据电流的磁效应工作的该传感器是根据电流的磁效应工作的B 该传感器是根据电磁感应原理工作的该传感器是根据电磁感应原理工作的C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B64.力电传感器力电传感器 力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现

8、代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。防抱死制动系统等。 7（1）测物体的质量）测物体的质量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE学海导航第学海导航第3节节 变式练习变式练习38（2）测物体加速度）测物体加速度 例例题题：加加速速度度计计是是测测定定物物体体加加速速度度的的仪仪器器，它它已已成成为为导导弹弹、飞飞机机、潜潜艇艇及及宇宇宙宙飞飞船船制制导导系系统统的的信信息息源源。如如图图为为应应变变式式加加速速度度计计示示意意图图，当当系系统统加加速速时时，加加速速度度计计

9、中中的的敏敏感感元元件件也也处处于于加加速速状状态态，敏敏感感元元件件由由弹弹簧簧连连接接并并架架在在光光滑滑支支架架上上，支支架架与与待待测测系系统统固固定定在在一一起起，敏敏感感元元件件下下端端的的滑滑动动臂臂可可在在滑滑动动变变阻阻器器R上上自自由由滑滑动动，当当系系统统加加速速运运动动时时，敏敏感感元元件件发发生生位位移移，并并转转化化为为电电信信号号输输出出，已已知知：敏敏感感元元件件的的质质量量为为m，两两弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为k，电电源源的的电电动动势势为为E，内内电电阻阻不不计计，滑滑动动变变阻阻器器的的总总电电阻阻为为R，有有效效长长度度为为L，静静态态时时两两弹弹

10、簧簧均均处处于原长，滑动触头位于变阻器正中，此时输出电压于原长，滑动触头位于变阻器正中，此时输出电压U=E/2。敏感敏感元件元件输出输出信号信号ER滑动触头左右移动过程中，电路滑动触头左右移动过程中，电路中电流如何变化？中电流如何变化？若车的加速度大小为若车的加速度大小为a，则两弹，则两弹簧的形变量是多少？簧的形变量是多少？求加速度求加速度a与输出电压与输出电压U的关系式的关系式 （以向右为正）（以向右为正）学海导航第学海导航第3节节 变式练习变式练习495.电容式传感器电容式传感器 电电容容器器的的电电容容C决决定定于于极极板板的的正正对对面面积积S、极极板板间间距距离离d以以及及极极板板间

11、间的的电电介介质质这这几几个个因因素素。如如果果某某一一物物理理量量（如如角角度度、位位移移、深深度度等等）的的变变化化能能引引起起上上述述某某个个因因素素的的变变化化，从从而而引引起起电电容容的的变变化化，则则通通过过测测定定电电容容器器的的电电容容就就可可以以确确定定上上述述物物理理量量的的变变化化，起起这这种种作用的电容器称为电容式传感器。作用的电容器称为电容式传感器。图甲是测量图甲是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。 定片定片甲甲角度角度由于由于CS，动片与定片间的角度，动片与定片间的角度发生发生变化时，引起变化时，引起S的变化，通过测出的变化，通过测出C的的变化，

12、测量动片与定片间的夹角变化，测量动片与定片间的夹角图乙是测量图乙是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。金属芯线金属芯线电介质电介质导电液体导电液体乙乙h液面高度液面高度h由于由于CS，h发生变化，金属芯线和发生变化，金属芯线和导电液体组成的电容发生变化，通过导电液体组成的电容发生变化，通过测定测定C的变化，可以测量液面高度的变化，可以测量液面高度h 的变化的变化。10图丙是测量图丙是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 , 。 固定电极固定电极可动电极可动电极F丙丙压力压力F由于由于C1/d，压力，压力F 作用在可动电极上，引起极板间距作用在可动电极上，引起极板

13、间距d 的变化，通过测出的变化，通过测出C的变化，测量压力的变化，测量压力F的变化。的变化。图丁是测量图丁是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 , 。 极板极板电介质电介质丁丁x位移位移x由于由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化，随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过测出通过测出C的变化，测量位移的变化，测量位移x的变化。的变化。11例例题题：随随着着生生活活质质量量的的提提高高，自自动动干干手手机机已已进进入入家家庭庭，洗洗手手后后，将将湿湿手手靠靠近近自自动动干干手手机机，机机内内的的传传感感器器便便驱驱动动电电热热器器加加热热，有有热热空空气气从从机机内内喷喷出出

14、，将将湿湿手手烘烘干干。手手靠靠近近干干手手机机能能使使传传感感器器工工作作，是是因为因为 （ ） A. 改变了湿度改变了湿度 B. 改变了温度改变了温度C. 改变了磁场改变了磁场 D. 改变了电容改变了电容D126. 电感传感器电感传感器 电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来实现测量或控制的一种装置，一般要利用磁场作为媒实现测量或控制的一种装置，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。介或利用磁体的某些现象。 实例：磁性物质探测报警器实例：磁性物质探测报警器 录音机录音机NS13 例：为了测量列车运行的速度和加速度的大小，可采用如图例：为了

15、测量列车运行的速度和加速度的大小，可采用如图所示的装置，它是由一块安装在列车头底部的强磁体和埋设在所示的装置，它是由一块安装在列车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量仪组成的轨道地面的一组线圈及电流测量仪组成的(测量仪未画出测量仪未画出)。当。当列车经过线圈上方时列车经过线圈上方时,线圈中产生的电流被记录下来，就能求出线圈中产生的电流被记录下来，就能求出列车在各位置的速度和加速度。假设磁体端部磁感强度为列车在各位置的速度和加速度。假设磁体端部磁感强度为B=0.004T,且全部集中在端面范围内，与端面垂直，磁体宽度与且全部集中在端面范围内，与端面垂直，磁体宽度与线圈宽度相同，且都很

16、小，线圈匝数线圈宽度相同，且都很小，线圈匝数n=5，边长，边长L=0.2m,电阻电阻0.4(包括引线电阻包括引线电阻)，测试记录下来的电流，测试记录下来的电流位移如图所示。位移如图所示。试求：试求：在离在离O(原点原点)30m,130m处列车的速度处列车的速度v1和和v2的大小的大小 假设列车是匀变速运动，求列车加速度的大小假设列车是匀变速运动，求列车加速度的大小i /A100501500.150.100 .05-0 .05-0.10-0.15S/m014i /A100501500.150.100 .05-0 .05-0.10-0.15S/m0SOB解：解：I=E/R=nBLv/Rv=IR/n

17、BL= 0.4I50.0040.2= 100I在在30m处，处，I1 =0.12A v1=12m/s在在130m处，处，I2 =0.15A v2=15 m/s a =（ v22 - v12 ）/ 2S = 0.405 m/s21503年上海高考年上海高考18、 （7分分）图图1为为某某一一热热敏敏电电阻阻R(电电阻阻值值随随温温度度的改变而改变，且对温度很敏感的改变而改变，且对温度很敏感)的的I-U关系曲线图。关系曲线图。 为为了了通通过过测测量量得得到到图图1所所示示I-U关关系系的的完完整整曲曲线线，在在图图2和和图图3两两个电路中应选择的是图个电路中应选择的是图 ；简要说明理由：；简要说

18、明理由： 。（电电源源电电动动势势为为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0-100）在在图图4电电路路中中，电电源源电电压压恒恒为为9V，电电流流表表读读数数为为70mA，定定值值电电阻阻R1=250。由由热热敏敏电电阻阻的的I-U关关系系曲曲线线可可知知，热热敏敏电电阻阻两两端端的的电电压为压为_V；电阻；电阻R2的阻值为的阻值为 。举出一个可以应用热敏电阻的例子：举出一个可以应用热敏电阻的例子：_。VA图图2VA图图3I/mAU/V1 2 3 4 5 6 7500图图110203040AR1R2热热敏敏电电阻阻图图4R9V2电压可从电压可从0V调到所需电压，调

19、节范围较大调到所需电压，调节范围较大 解解: I1=9/250=0.036A=36mA I2=34mA 由图由图1得得 UR=5.2V 5.2 R2 =(9-5.2) / 0.034=111.8 111.6112.0 热敏温度计热敏温度计 16 3. 将将金金属属块块m用用压压缩缩的的轻轻弹弹簧簧卡卡在在一一个个矩矩形形的的箱箱中中，如如图图所所示示，在在箱箱的的上上顶顶板板和和下下底底板板装装有有压压力力传传感感器器，箱箱可可以以沿沿竖竖直直轨轨道道运运动动。当当箱箱以以a=2.0 m/s2的的加加速速度度竖竖直直向向上上做做匀匀减减速速运运动动时时，上上顶顶板板的的传传感感器器显显示示的的

20、压压力力为为6.0N，下下底底板板的的传传感感器器显显示示的的压压力力为为10.0N。(取取g=10 m/s2)(1)若上顶板传感器的示数是下底板若上顶板传感器的示数是下底板传感器的示数的一半，传感器的示数的一半， 试判断箱的运试判断箱的运动情况。动情况。(2)要使上顶板传感器的示数为零要使上顶板传感器的示数为零,箱箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？m17原来原来（1）（2）解：解：m向上做匀减速向上做匀减速运动运动 ，a向下向下a=2m/s2F=10NF1 =6Nmgamg+F1-F=mam=0.5kg上顶板示数是下上顶板示数是下底板示数的底板示数的1/2

21、弹簧长度不变弹簧长度不变F=10N F2=5NFmgF2a2mg+F2-F=ma2a2=0静止或匀速运动静止或匀速运动上顶板示数为零，上顶板示数为零，则弹簧变短，则弹簧变短，F10N F3=0Fmga3F mg = ma3a3 10m/s2向上加速或向向上加速或向下减速，加速下减速，加速度度a 10m/s2。18 4 .（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中器原理图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，是悬挂点，R0是保护电阻，是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，是水平放置

22、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丝与电阻丝在C点接触，此时电路中的电流为点接触，此时电路中的电流为I，有风时细，有风时细金属丝将偏转一角度金属丝将偏转一角度（与风力大小有关），细金属丝与与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在电阻丝在C点接触，已知风力方向水平向左，点接触，已知风力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的质量为，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为，电阻丝单位长度的电阻为k，电源，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转角时，电流角时，电流表的示数为表的示数为I/，此时风力大小为，此时风力大小为F，试写出：，试写出： R0OPDCCA电电源源风力大小风力大小F与与的关系式；的关系式；风力大小风力大小F与电流表示数与电流表示数I 的关系式。的关系式。 此装置所测定的最大风力是多少？此装置所测定的最大风力是多少？19