095.传感器的简单应用.ppt
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1、传感器的简单应用 吕叔湘中学 庞留根 2005年5月,一、传感器的含义 二、传感器的分类 1. 力电传感器 (1)测物体的质量 (2)测物体加速度 (3)测物体角速度 例1. (4)测 力 (5)测 位 移 03年上海理综10. 2. 热电传感器 3. 光电传感器 03年天津理综、 05年盐城二模9. 4. 声电传感器 5. 电容式传感器 例2 6. 电感传感器 实例: 例3 例4 练习1 03年上海高考18 例5 练习2 03年上海理综12 例6 例7 2005年上海卷23,传感器的简单应用,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、
2、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,转换器件,敏感元件,转换电路,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,(2)测物体加速度,例题: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息源。如图为应变式加速度计示意图,当系统加速时
3、,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。,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U的关系式,角速度计,(3)测物体角速度,可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴O
4、O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。已知A的质量为m,弹簧的劲度系数为k、自然长度为l,电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l ,电阻分布均匀,系统静止时P在B点,当系统以角速度转动时,试写出输出电压U与的函数式。,解:设弹簧伸长x , 则,kx=m2(l+x), x=m2l ( k-m2),设滑动变阻器单位长度 的电阻为r1,U=IRx=Exr1 l r1= Ex/ l, U= Em2(k-m2),例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,沿导弹长度方向按装的固定光滑杆
5、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 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,D,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
6、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。,解:a=2kS/m, S=ma/2k,U=U0 Rx / R = U0 S / L,=maU0 / 2kL,=mU0 a / 2kLa,(4)测 力,例题:(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
7、,球的质量为M,电阻丝单位长度的电阻为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?,(5)测 位 移,五、传感器可将非电学量转化为电学量,起自动控制作用。如计算机鼠标中有位移传感器,电熨斗、电饭煲中有温度传感器,电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器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 ( ) A. 物体M运动时
8、,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,B,03年上海理综10.,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。,例题: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
9、 变小 C. I 变小,U 变大 D. I 变大,U 变小,解:出现火情时温度升高, R2 减小, R总减小, I总增大, Uab减小, U并减小, IA减小,,B,.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、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。,例题:(新教材 2003天津理综)如图,当电键K断开时,用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零。合上电键,调节滑线变阻器,发现当电压表读数小于0.60V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于0.60V时,电流表
10、读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为 ( ) A. 1.9eV B. 0.6eV C . 2.5eV D. 3.1eV,解:反向截止电压为0.60V, EKm= 0.60 eV W=h- EKm= 2.5-0.6=1.9 eV,A,05年盐城二模9.,如图示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是 ( ) A. 当有光照射R1时,信号处理系统获得较高电压 B. 当有光照射R1时,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 D.信号处理系统每获得一次较高电压就记数一次,B D,4.声电传感器,例题:(2003上海
11、理综11 )唱卡拉OK用的话筒,内有传感器。其中有一种是动圈式的,它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈,线圈处于永磁体的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是 ( ) A 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 C 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,B,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
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