高三物理选修3-2第六章传感器课件人教版.ppt

1、传感器是把 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、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、转换电路三个部分组成，如： 一、传感器的含义非电物理量 转换器件敏感元件 转换电路电学量第六章 传感器2.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的原理把 热学信号 转化成 电学信号 制成的 ， 如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火警报警器、恒温箱等。 .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。如果是光敏电阻的阻值随光照强度的变化

2、而变化的原理把 光信号 转变成 电信号 制成的 。 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。 4.声电传感器 :声电传感器是利用电磁感应的原理把 声音信号 转变成 电信号 。如动圈式话筒、电容式话筒等。 5.电容式传感器 :电容器的电容 C决定于极板的正对面积 S、 极板间距离 d以及极板间的电介质这几个因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。6.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测量或控制的

3、一种装置把 磁信号 转变成 电信号 ，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。 二、传感器的分类1.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、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 ABS防抱死制动系统等。 （ 1）测物体的质量EP ASBR0APASBR0V EPASBR0VE1.力电传感器 三、几种类型的传感器的应用实例分析（ 2）测物体加速度（加速度计） 例 1：加速度计是测定物体加速度的仪器，它已成为导弹、飞机、潜艇后宇宙飞船制导系统的信

4、息源。如图为应变式加速度计示意图，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器 R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出，已知：敏感元件的质量为 m， 两弹簧的劲度系数为 k， 电源的电动势为 E， 内电阻不计，滑动变阻器的总电阻为 R， 有效长度为 L， 静态时输出电压为 U0。 试求加速度 a与输出电压 U的关系式。敏感元件输出信号ER 滑动触头左右移动过程中，电路中电流如何变化？ 若 车的 加速度大小为 a， 则两弹簧的形变量是多少？ 求加速度 a与输出电压

5、U的关系式不变化 X左 =X右 =ma/2k对 式的讨论假设 a向右为正，位置向左 x理清思路很重要解：由分压原理：由牛顿第二定律：由 得：例 2. 惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为 m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为 k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导1.设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离 O点的距离为 S， 则这段时间内导弹的加速度 （ ）A. 方向向左，大小为

6、 k S/m B 方向向右，大小为 k S/mC 方向向左，大小为 2k S/m D. 方向向右，大小为 2k S/mD010 10UP2. 若电位器（可变电阻）总长度为 L， 其电阻均匀，两端接在稳压电源 U0上，当导弹以加速度 a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片 P产生位移，此时可输出一个电信号 U， 作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出 U与 a 的函数关系式。x=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 x / LU=mU0 a / 2kLU0解 ：由 得：由分压原理：由牛顿第二定律（ 2）测物体角速度（ 角速度计）可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度

7、 ,其结构如图所示。当系统绕轴 OO转动时，元件 A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。ASPCBOO输出电压 U敏感元件输出信号ER（ 3）测 力例 3：（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 P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面， O是悬挂点， R0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 C/点接触，已知风力方向水平向左， OC=h，CD=L， 球的质量为 M， 电阻丝单

8、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： 风力大小 F与 的关系式； 风力大小 F与电流表示数 I/ 的关系式。 此 装置所测定的最大风力是多少？R0 OPDC/CA电源GTFF=Mgtantan=L/hI/=E/R0+k(L-L/） 由 到 得：两种理解E=I(R0+kL) 思路？L/（ 4）测 位 移例 4：（上海考题） 演示位移传感器的工作原理如右图示，物体 M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆 p， 通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小 x。 假设电压表是理想的，则下列说法正确的是 ( )

9、A. 物体 M运动时，电源内的电流会发生变化B. 物体 M运动时，电压表的示数会发生变化C. 物体 M不动时，电路中没有电流D. 物体 M不动时，电压表没有示数B2、 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的原理制成的，如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火警报警器、恒温箱等。 例 5： 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（ ）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 R1R2R3AabEr火情时温度升高， R2 减小 ， R总 减小， I总 增大， U内 增大， Uab减小， UR1增大， U并 减小， IA减小B解：方法： 由外到内再到外，先不变后变 增阻，增压，减流，减阻，减压，增流