高中物理 第三章 傳感器 1 傳感器課件 教科版選修32

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1、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n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

2、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n典例精析

3、例例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選項正確答案答案A例例2傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變

4、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(dāng)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1107 Pa，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4.8 V，取g10 m/s2.請回答：壓力F/N02505007501 0001 2501 500電阻R/300270240210180150120(1)該秤零起點(即踏板空載時)

5、的刻度線應(yīng)標在電流表刻度盤_A處.解析答案1.6102(2)如果某人站在該秤踏板上，電流表刻度盤的示數(shù)為20 mA，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n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

6、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(dāng)磁力 簧片的彈力時，兩者緊密地接觸；當(dāng)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(dān)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，n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

7、入冷水，溫度計的示數(shù)為20 ，多用電表選擇適當(dāng)?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(dāng)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(dāng)于電阻的

8、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(dāng)于開關(guān)的作用D.干簧管能夠感知磁場解析解析干簧管是感知磁場的元件，接入電路中相當(dāng)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

9、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.B2.(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(dāng)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)生了變化解析答案圖4解析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)PI2R知，小燈泡的實際功率減小，所以變暗.C解析解析當(dāng)溫度升高時

10、，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.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(dāng)?shù)闹?實驗中觀察到當(dāng)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5BD4.(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.解析答案返回解析解析當(dāng)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.答案答案見解析圖6