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发布时间:03-14 来源:人教版万象城国际网址资源

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“6.1传感器及其工作原理公开课ppt课件(选修3-2)”由人教版教师资源网精心整理,注册即可下载!

内容介绍

6.2传感器的应用(一)

复习问题

请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件?

光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏

电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。

霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这

个电学量。

传感器应用的一般模式:

传感器

转换或放大电路

执行机构

仪表显示

微机系统

力电传感器的应用——电子秤

(1)电子秤使用的测力装置是什么?它是由

什么元件组成的?

(2)简述力传感器的工作原理。

(3)应变片能够把什么力学量转化为什么电

学量?

3、应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电

学量

1、电子秤的测力装置是力传感器,它是由一个金属梁和两

个应变片一起组成了测力部分。

2、在金属梁没有力的情况下,金属梁处于水平状态,梁

的上下应变片的长度没变且相等,两应变片的电阻大小

也相等,当给金属梁施加竖直向下的力时,金属梁会向

下弯曲,使得金属梁上面的应变片被拉长,电阻变大,

两端电压也变大,而下边的应变片被挤压收缩,电阻变

小,两端的电压也减小,使得两应变片两端电压值不相

等,存在差值,控制电路就通过这个差值,经过放大电

路将差值信号放大,再在显示器上显示出数字,即力F

的大小。

练习1.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

例1:(1)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,沿导弹长度方向安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。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 k S/m

B.方向向右,大小为 k S/m

C.方向向左,大小为 2k S/m

D. 方向向右,大小为 2k S/m

U

(2)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。

U

U0

解:a=2kS/m

∴ S=ma/2k

U=U0 Rx / R = U0 S / L

=maU0 / 2kL

=mU0 a / 2kL∝a

力电转换器

输出

输入

受压面

例2:某学生为了测量一个物体的质量,找到一个力电转换器 ,该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力(比例系数为k)如图所示,测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0;而后在其受压面上放上物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。

现有下列器材:力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体(可置于力电转换器的受压面上)。请完成对该物体的测量m。

(1)设计一个电路,要求力转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,在方框中画出完整的测量电路图。

(2)简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m。

(3)请设想实验中可能会出现的一个问题。

力电转换器

输出

输入

受压器

V

解析: (1)设计的电路图如图所示,输入电压采用分压接法目的是让电压可调范围尽可能大。

(2)测量步骤:

①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零。

②将质量为m0的砝码放在转换器上,记下输出电压U0。

③将待测物体放在转换器上,记下输出电压U1,由U0=km0g得k=U0/m0g,测得U1=kmg,所以m=m0U1/U0。

(3)可能出现的问题

①因电源电压不够而输出电压

调不到零。

②待测物体质量超出转换器量程。

声传感器的应用——话筒

(1)话筒的作用是什么?

(2)说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。

声音信号转化为电信号

膜片接收到声波后引起振动,连接在膜片上的线圈随着一起振动,线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流(电信号),感应电流的大小和方向都变化,振幅和频率的变化都由声波决定,这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就发出放大的声音。

(3)说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么?

金属板

金属膜

振动膜

外电路

(4)驻极体话筒的工作原理是什么?有何优点?

利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电.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.优点:保真度好。

驻极体话筒的原理同电容式话筒,只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜.优点:体积小,重量轻,价格便宜,灵敏度高,工作电压低。

演示实验:

按照如图所示的连接驻极体话筒的工作电路,话筒的输出端经过隔直电容接到示波器。对着话筒喊话,观察示波器的荧光屏上的波形,再用另外一人同样对话筒喊话,比较两次声音产生的波形有什么不一样。

R 2.7kΩ

C 10μF

E

6v

y输入

驻极体话筒

温度传感器的应用——电熨斗

温控开关:

取一个报废的日光灯启

辉器,去掉外壳,敲碎

氖泡的玻璃,可以看到

一个U型的双金属片,

双金属片的旁边有一根

直立的金属丝,两者构

成一对触点,常温下触

点是分离的,用火焰靠

近金属片,可以看到双

金属片的形状变化,与金属丝接触,熄灭火焰,双金属片

逐渐恢复原状,两个触点分离。

把这个启动器用到温控开关,可以控制小灯泡的亮和灭。

U形动触片

静触片

氖泡

图1

思考与讨论:

(1)常温下,上、下触点应是接触的还是分离的?当温度过高时,双金属片将怎样起作用?

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.

(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设

定不同的温度,这是如何使用调温旋钮来实现的?

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.

温度传感器的另一应用——电冰箱的温控装置

如图所示是某种电冰箱内温度

控制器的结构,铜质的测温泡1,

细管2和弹性金属膜盒3连成密

封的系统,里面充有氯甲烷盒

它的蒸汽,构成一个温度传感

器,膜盒3为扁圆形,右表面固

定,左表面通过小柱体与弹簧片

4连接,盒中气体的压强增大时,盒体就会膨胀,测温泡1

安装在冰箱的冷藏室中。5、6分别是电路的动触点盒静触

点,控制制冷压缩机的工作,拉簧7的两端分别连接到弹簧

片4盒连杆9上。连杆9的下端是装在机箱上的轴。凸轮8是

由设定温度的旋钮控制的,逆时针旋转时凸轮连杆上端右

移,从而加大对弹簧7的拉力。

电冰箱温控装置的工作原理是什么?

自动控温原理

如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构,铜制的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统,里面充有氯甲烷和它的蒸汽,构成了一个温度传感器,膜盒为扁圆形,右表面固定,左表面通过小柱体与弹簧片4连接,盒中气体的压强增大时,盒体就会膨胀,测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。5、6分别是电路的动触点和静触点,控制制冷压缩机的工作,拉簧7的两端分别连接到弹簧片和连杆9上,连杆9的下端装在机箱上的轴,凸轮8是由设定温度的旋钮控制的,逆时针旋转时凸轮连杆上端右移,从而加大对弹簧7的拉力。当冷藏室里的温度升高时,1、2、3中的氯甲烷受热膨胀,弹性金属膜盒3的左端膨胀,推动弹簧片4向左转动,使5、6接触,控制的压缩机电路开始工作制冷,当温度下降到一定程度,氯甲烷受冷收缩,5、6又分开,制冷结束,直到下次温度升高再重复上述过程。

温度设定原理

将凸轮8逆时针旋转,凸轮将连杆9向右顶,使得弹簧

7弹力增大,此时要将5、6触点接通,所需要的力就

要大些,温度要高一些,即温控挡应低一些(例如1

级),顺时针旋转凸轮8,控制的温度低一些,控温

挡要高一些。

本节课主要学习了以下几个问题:

1、力传感器的应用——电子秤传感器的应用

2、声传感器的应用——话筒

3、温度传感器的应用——电熨斗

力传感器是把力信号转换成电信号;声传感器是把声音信号转换为电信号,而温度传感器往往是用来进行自动控制.

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