高中物理 第三章 传感器 第五节 用传感器测磁感应强度素材 粤教版选修
3页1、从不放松对“三个代表”等党和国家政治方针的学习,每天收看听闻,关心国家大事,积极参加党组织的各种活动,在工作一年后,荣誉地为由一名中国共产党预备党员成为正式党员,实现了我多年的愿望第五节 用传感器测磁感应强度【思维激活】在用传感器测磁感应强度方面,在实际中有哪些应用,请举例说明提示:如用磁传感器研究地磁场,测磁感应强度。【自主整理】1.磁传感器是把 磁感应强度 变成 电信号 ,从而实现磁感应强度测量的。2.霍尔元件:能够把 磁感应强度 这个磁学量转换成 电压 这个电学量。3.用传感器测磁感应强度时,通电螺线管产生 磁场 ,其方向符合 右手定则 。【高手笔记】干簧管的元件(图3-5-1)的结构图3-5-1很简单,只是玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。当磁体如图3-5-3所示靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接通,所以干簧管能起到开关的作用,操纵开关的是磁场这只看不见的“手”,干簧管是一种能够感知磁场的传感器。霍尔元件中半导体内部出现的电场E是个横向电场FE=qE=Bqv (1)设载流子的浓度为P薄片宽度为b,厚度为d,通过电流I=Pqvbd则空速度代入(1)式,则 (2)(2)式两边同乘
2、以b便得到v=Eb=上式中称为霍尔系数。【名师解惑】1.磁电感应式传感器工作原理当一个W匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时,设穿过线圈的磁通量为则线圈内的感应电势e与磁通量变化率有如下关系:图3-5-2为恒定磁通式磁电传感器典型结构图。图3-5-2它由永久磁铁、线圈、弹簧、金属骨架等组成。磁路系统产生恒定的直流磁场,磁路中的工作气隙固定不变,因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动部件可以是线圈(动圈式),也可以是磁铁(动铁式),动圈式(图3-5-2(a)和动铁式(图3-5-2(b)的工作原理是相同的。当壳体随被测振动体一起振动时,由于弹簧较软,运动部件质量相对较大,当振动频率足够高(远大于传感器固有频率)时,运动部件惯性很大,来不及随振动体一起振动,近乎静止不动,振动能量几乎全被弹簧吸收,永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度,磁铁与线圈的相对运动切割磁力线,从而产生感应电势为:E=B0lWv式中:B0工作气隙磁感应强度; l每匝线圈平均长度; W线圈在工作气隙磁场中的匝数;相对运动速度。【讲练互动】例1.简述开磁路变磁通式磁电传感器测量旋转物体的匀速度原理。图3-5
3、-3答案:如图3-5-3所示,线圈、磁铁静止不动,测量齿轮安装在被测旋转体上,随被测体一起转动,每转一个齿,齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次,磁通也就变化一次,线圈中产生感应电势,其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。这种传感器结构简单,但输出信号较小,且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速旋转体。【变式训练】1.简述闭磁路变磁通式传感器测量旋转物体的角速度的原理。图3-5-4答案:图3-5-4为闭磁路变磁通式传感器。它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮,永久磁铁和感应线圈组成,内外齿轮齿数相同。当转轴连接到被测转轴上时,外齿轮不动,内齿轮随被测轴而转动,内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化,从而引起磁路中磁通的变化,使线圈内产生周期性变化的感应电动势。【问题探究】【问题】用磁传器研究地球磁场。【导思】地球是一个巨大的磁体,外磁场的方向由南指向北,地磁场的磁感应强度很微弱,在地球表面约510-5T 【探究】(1)将磁传感器接入数据采集器,实验环境要远离高磁干扰区。(2)将磁传感器放置在水平桌面上,为消除背景值的影响,应对传感器进行软件调零。(3)在桌面上转动传感器,让传感器的测量端指向不同方向,观察并记录示数的变化,见下表 测量方向NENEESSWSWWN测量值0.030.020.00-0.01-0.04-.0.020.000.01(4)分析上表:当传感器的测量端指向北的时候,测量值最大,测量端指向南的时候,测量值最小。这说明地理北极附近为S极,地理南极附近为N极。(5)用同样的方法,让传感器的测量端在南北方向的垂直平面内转动,观察示数的变化,可能推断出地磁场的方向既不是水平的也不是垂直的,而是指向南偏斜下方。正式加入党组织后,又被多次任命为班级的党指导员,带领学生参加党课教训,自己也从中受益非浅,更加认识到了党员的先进性。做好本职工作,对一名党员来说是最基本的也是最重要的。
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