2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 傳感器 1 傳感器課件 教科版選修3-2.ppt

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1傳感器,第三章傳感器,1.知道什么是傳感器及其工作原理.2.掌握制作傳感器的常用元件的特性及其應(yīng)用.,,目標定位,二、敏感元件的原理,,欄目索引,一、傳感器,,對點檢測自查自糾,,,一、傳感器,知識梳理,1.定義把被測的，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的的器件或裝置.2.結(jié)構(gòu),,答案,敏感,處理,非電信息,電信息,(1)敏感元件：能直接感受非電信息，如壓力、光照、溫度、磁場、氣體等，并將這些信息變換成易于測量的物理量，形成電信號.,非電信息,,答案,(2)處理電路：把微小電信號，并除去，使敏感元件輸出的轉(zhuǎn)變成，這類電路稱為處理電路.3.傳感器的原理傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的大多是電學(xué)量，如電壓、電流、電荷量等，這些輸出信號是非常微弱的，一般要經(jīng)過放大等處理后，再通過控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動作.,進行放大,電信號,便于顯示、記錄、處理和控制的電學(xué)量(如電壓、,電流和頻率等),干擾信號,4.在分析傳感器時要明確(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的；(3)是如何顯示的或如何控制開關(guān)的.,【深度思考】,傳感器在現(xiàn)代信息技術(shù)與自動控制中有什么作用？,答案傳感器的作用是把非電學(xué)量(如光、聲音、溫度等)轉(zhuǎn)化為電學(xué)量(如電壓、電流等)，尤其是將電學(xué)量與計算機技術(shù)結(jié)合，可以方便地實現(xiàn)信息的采集、處理、輸出的自動化和智能化，所以傳感器在現(xiàn)代信息技術(shù)與自動控制中有極其重要的作用.,,答案,典例精析,例1如圖1所示是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜前面有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，聲音信號被話筒轉(zhuǎn)換為電信號，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是電容器兩板間的()A．距離變化B．正對面積變化C．介質(zhì)變化D．電壓變化,,解析答案,圖1,解析在聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號過程中介電常數(shù)沒變，正對面積未變．振動膜前后振動，使振動膜上的金屬層與金屬板間的距離發(fā)生變化，從而將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，故A選項正確．,答案A,例2傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的變化的一種元件，在自動控制中有著相當廣泛的應(yīng)用.有一種測量人的體重的電子秤，其測量部分的原理圖如圖2中的虛線框所示，它主要由壓力傳感器R(電阻值會隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻)、顯示體重大小的儀表A(實質(zhì)是理想的電流表)組成.,圖2,壓力傳感器表面能承受的最大壓強為1107Pa，且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關(guān)系如下表所示.設(shè)踏板和壓桿的質(zhì)量可以忽略不計，接通電源后，壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8V，取g＝10m/s2.請回答：,(1)該秤零起點(即踏板空載時)的刻度線應(yīng)標在電流表刻度盤____________A處.,,解析答案,1.610－2,(2)如果某人站在該秤踏板上，電流表刻度盤的示數(shù)為20mA，則這個人的體重是____kg.,50,,總結(jié)提升,解析答案,返回,總結(jié)提升,,,返回,傳感器問題的分析思路不同類型的傳感器，其工作原理一般不同，但所有的傳感器都是把非電學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化.因此，我們可以根據(jù)電學(xué)量的變化來推測相關(guān)量的變化.,二、敏感元件的原理,知識梳理,1.原理利用物理學(xué)中能直接感受到的轉(zhuǎn)換成易于測量的物理量，形成電信號.2.敏感元件分類：(1)物理類：基于力、熱、光、電磁和聲等.(2)化學(xué)類：基于化學(xué)反應(yīng)的原理.(3)生物類：基于酶、和等分子識別功能.,非電信息,物理效應(yīng),抗體,激素,,答案,3.半導(dǎo)體熱敏電阻的熱敏特性：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而，隨溫度的降低而，根據(jù)它具有電阻隨溫度靈敏變化的特性，可以實現(xiàn)對溫度的測量.4.干簧管是一種能感知的敏感元件.當磁力簧片的彈力時，兩者緊密地接觸；當磁力簧片的彈力時，兩者.因此，干簧管串聯(lián)在電路中就成為一個.,減小,增大,磁場,大于,小于,分開,由磁場控制的開關(guān),,答案,例3在信息技術(shù)高速發(fā)展、電子計算機廣泛應(yīng)用的今天，擔負著信息采集任務(wù)的傳感器在自動控制、信息處理技術(shù)中發(fā)揮著越來越重要的作用，,典例精析,圖3,其中熱電傳感器是利用熱敏電阻將熱信號轉(zhuǎn)換成電信號的元件.某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用多用電表研究熱敏特性實驗中，安裝好如圖3所示裝置.向杯內(nèi)加入冷水，溫度計的示數(shù)為20℃，多用電表選擇適當?shù)谋堵?，讀出熱敏電阻的阻值R1.,然后向杯內(nèi)加入熱水，溫度計的示數(shù)為60℃，發(fā)現(xiàn)多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，則下列說法正確的是()A.應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用大量程測量B.應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用小量程測量C.應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率大的擋D.應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率小的擋,,解析答案,解析多用電表與熱敏電阻構(gòu)成的回路中未接入電源，故不能用電流表，A、B均錯；當溫度升高時，多用電表指針偏轉(zhuǎn)角度較大，說明熱敏電阻的阻值變小了，應(yīng)該換用倍率小的擋，C錯誤，D正確.,D,例4關(guān)于干簧管，下列說法中正確的是()A.干簧管接入電路中相當于電阻的作用B.干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的C.干簧管接入電路中相當于開關(guān)的作用D.干簧管能夠感知磁場,解析干簧管是感知磁場的元件，接入電路中相當于開關(guān)的作用，選C、D.,CD,,解析答案,返回,對點檢測自查自糾,1,2,3,4,,解析答案,1.(對傳感器的理解)關(guān)于傳感器，下列說法正確的是()A.金屬材料不可以制成傳感器B.話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號C.傳感器都是通過感知電壓的變化來傳遞信號的D.所有傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料做成的,解析金屬材料也可以制成傳感器，所以A錯誤；動圈式話筒是通電導(dǎo)體在磁場中受力，變化的電流通過線圈，產(chǎn)生變化的磁場，其作用是將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，所以B正確；傳感器一定是通過非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量來傳遞信號的，所以C錯誤；傳感器材料分半導(dǎo)體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機材料，所以D錯誤.故選B.,B,2.(熱敏電阻的應(yīng)用)如圖4所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當閉合開關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變化是變暗，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是()A.小燈泡的電阻發(fā)生了變化B.小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化C.電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化D.電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化,1,2,3,4,,解析答案,圖4,解析電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻也增大，電路中電流減小，根據(jù)P＝I2R知，小燈泡的實際功率減小，所以變暗.,C,解析當溫度升高時，電路中的熱敏電阻的阻值減小，由閉合電路歐姆定律可知：電路中的電流增大，導(dǎo)致燈泡變亮.,1,2,3,4,3.(熱敏電阻的應(yīng)用)(多選)圖5是測試熱敏電阻R的實驗電路圖，滑動變阻器已調(diào)節(jié)到某一適當?shù)闹?實驗中觀察到當溫度升高時燈更亮.對實驗現(xiàn)象分析正確的有()A.溫度升高，電路中的電流減小B.溫度升高，電路中的電流增大C.溫度升高，熱敏電阻的阻值增大D.溫度升高，熱敏電阻的阻值減小,,解析答案,圖5,BD,1,2,3,4,4.(對傳感器的理解)如圖6所示是變隙電感式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖.它由膜盒、鐵芯、銜鐵及線圈等組成，銜鐵與膜盒的上端連在一起.根據(jù)變隙電感式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖分析其工作原理.,,解析答案,返回,解析當壓力進入膜盒時，膜盒的頂端在壓力F的作用下產(chǎn)生與壓力F大小成正比的位移，于是銜鐵也發(fā)生移動，從而使鐵芯和銜鐵之間的距離發(fā)生變化，流過線圈的電流也發(fā)生相應(yīng)的變化，電流表A的指示值反映了被測壓力的大小.,答案見解析,圖6,本課結(jié)束,