2022届高考物理 单元总复习课件第3单元传感器的原理及应用课件
61页1、第三单元传感器的原理及应用1概念:能够感受外界信息,并将其依据肯定的规律转换成电信号的器件或装置,叫传感器2组成:一般由敏锐元件,转换器件,转换电路三个部分组成3原理:通过对某一物理量敏锐的元件,将感受到的物理量按肯定规律转换成便于测量的量,例如,光电传感器利用光敏电阻将光信号转换成电信号;热电传感器利用热敏电阻将温度信号转换成电信号4流程:5传感器的分类:目前对传感器尚无一个统一的分类方法,常用的分类方法有两个:(1)按输入量分类,如输入量分别为 等非电学量时,相应的传感器称为温度传感器,压力传感器,位移传感器,速度传感器,加速度传感器这种分类方法给使用者供应了便利,简洁依据测量对象选择需要的传感器温度,压力,位移,速度,加速度温度,压力,位移,速度,加速度(2)按传感器的工作原理分类,可分为电阻传感器,等电容传感器电容传感器电感传感器电感传感器霍尔传感器霍尔传感器光电传感器光电传感器光栅传感器光栅传感器z6传感器的元件:制作传感器时常常使用的元件有,霍尔元件等(1)热敏电阻是由半导体材料制成的,常态时其阻值约为10 k,其电阻率随温度的变化而快速变化,温度上升时,其电阻率显著减小光
2、敏电阻,热敏电阻,金属热电阻光敏电阻,热敏电阻,金属热电阻(2)光敏电阻也是由半导体材料制成的,其电阻率在光照耀下显著减小,在没有光照耀下其阻值可以达到几十兆欧,在一般室内光照耀下,电阻可以降至几千欧,利用多用电表的欧姆挡测量不同温度下热敏电阻的阻值以及不同光照条件下光敏电阻的阻值,就可以明白热敏电阻随温度以及光敏电阻随光照的变化规律(3)有些金属的电阻率随温度的上升而增加,利用这个特点也可以制成温度传感器热敏电阻和金属热电阻都可以把温度这个热学量转化为电学量(电阻),相比之下热敏电阻的灵敏度较好(4)霍尔元件能够把磁感应强度转换为电压,当电流肯定时,霍尔电压UH与磁感应强度B成正比正比(1)组成:由金属架和应变片组成(2)工作原理:如图1所示,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上下表面各贴一个应变片,在梁的自由端施力F,就梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩,上表面应变片的电阻变大,下表面的电阻变小 F越大,弯曲形变越大,应变片的阻值变化就越大假如让应变片中通过的电流保持恒定,那么上面应变片两端的电压变大,下面应变片两端的电压变小传感器把这两个电压的差值输出外力越大,输出的电压差值也
3、就越大应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量(1)话筒的作用是将声信号转换为电信号常见的有:动圈式话筒,电容式话筒和驻极体话筒(2)动圈式话筒的工作原理:它是利用电磁感应现象制成的当声波使金属膜片振动时,连接在膜片上的线圈在永磁铁磁场里振动,产生感应电流,其大小和方向都变化,振幅和频率的变化由声波打算,这个信号电流经扩音器扩大后传给扬声器放出(3)电容式话筒的工作原理:声波使电容器膜片振动时,电容发生变化,电路中电流变化,于是输出端就输出了与声音变化规律相同的电压(4)驻极体话筒的工作原理:同电容式话筒,只是内部有感受声波的驻极体塑料薄膜(1)温度传感器是由半导体材料制成的,热敏电阻和金属热电阻均可制成,它是把热信号转换为电信号而进行自动掌握的(2)电熨斗:电熨斗能自动掌握温度,靠的是装有双金属片的温度传感器这种传感器的作用是掌握电路的通断(1)原理:温度传感器可以把温度转换为电信号,由指针外表或数字式外表显示出来,把非电学量转变为电学量(2)优点:由于电信号可以由测温点传输到其他地点,所以温度传感器可以远距离读取温度的数值(3)种类:常见的测温仪的测温元件可以是热敏电阻,
4、金属热电阻,热电偶等,仍可以是红外线敏锐元件等(1)机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管(LED)及红外接收管,两个红外接收管就是两个光传感器(2)有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的,其带孔的罩子内装有发光二极管LED,光电三极管和不透亮的挡板平常间电三极管收不到LED发出的光,出现高电阻状态烟雾进入罩内后对光有散射作用,使部分光线照耀到光电三极管上,其电阻变小与传感器连接的电路检测出这种变化,就会发出警报(如图2所示)1角度的电容式传感器:原理是当旋转动片时,电容器两个彼此绝缘的金属板的正对面积发生变化,从而引起电容发生变化如图3甲所示2液体的电容式传感器:原理是导电液体相当于电容器的一个极板,当液体的深度发生变化时,相当于两个极板的正对面积发生变化,从而电容发生变化如图乙所示3位移的电容式传感器:原理是当电解质板插入两金属极板间不同的距离时,随着电解质板位移的变化,电容随之变化如图丙所示4压力的电容式传感器:原理是当作用在一个电极上的压力转变时,金属片的外形发生变化,两金属板的距离发生变化,电容随之转变,如图丁所示依据压力的变化,判定传感器的工作原理【例1】如图4所示
5、的是一种测定压力的电容式传感器,当待测压力F作用于可动膜片的电极上时,以下说法正确选项()如F向上压膜片电极,电路中有从a到b的电流如F向上压膜片电极,电路中有从b到a的电流如F向上压膜片电极,电路中不会显现电流如电流表有示数,就说明压力F发生变化如电流表有示数,就说明压力F不发生变化ABC D图图5答案:答案:A变式1:用如图6所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度,该装置是在矩形箱子的前,后壁上各安装一个由力敏电阻组合成的压力传感器,用两根相同的轻弹簧夹着一质量为2.0 kg的滑块,滑块可无摩擦滑动,两弹簧的另一端分别压在传感器a,b上,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出现将装置沿运动方向固定在汽车上,传感器b在前,传感器a在后汽车静止时,传感器a,b的示数均为10 N(g取10 m/s2)(1)如传感器a的示数为14 N,b的示数为6.0 N,求此时汽车的加速度大小和方向(2)当汽车以怎样的加速度运动时,传感器a的示数为零解析:传感器上所显示出力的大小,即弹簧对传感器的压力,据牛顿第三定律知,此即为弹簧上的弹力大小,亦即该弹簧对滑块的弹力大小答案:答案
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