传感器应用精.ppt

传感器应用第1页，本讲稿共22页一、温度传感器的应用一、温度传感器的应用电饭锅电饭锅（1）为什么电饭锅、电饭煲能自动加热和保温而不会使饭烧焦呢？1、问题与讨论电饭锅中采用了温度传感器，能够随着温度的变化自动控制电路的开关。（2）温度传感器的主要元件是什么？感温铁氧体的组成物质是什么？感温铁氧体。氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成。（3）感温铁氧体有何特点？什么是“居里点”？第2页，本讲稿共22页 常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约103，失去铁磁性居里点，又称居里温度，即指103。3、演示实验：感温铁氧体的特性：现象：当感温铁氧体的温度升高到一定数值时，感温铁氧体与磁铁分离。说明温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失。第3页，本讲稿共22页4、电饭锅的结构示意图 思考与讨论 第4页，本讲稿共22页（1）开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。（2）水沸腾后，锅内大致保持100不变。（3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热 第5页，本讲稿共22页（4）、如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100不变，温度低于“居里点103”，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到103才能自动断电。5、电饭锅的工作过程 开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热第6页，本讲稿共22页二、温度传感器的应用温度传感器的应用测温仪测温仪问题与讨论1、温度传感器测温仪有何优点？可以远距离读取温度的数值因为温度信号变成电信号后可以远距离传输 2、常见的测温元件有哪些？热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等 第7页，本讲稿共22页 光电传感器中的主要部件是光敏电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。雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。3、光电传感器、光电传感器第8页，本讲稿共22页（1 1）光电传感器）光电传感器）光电传感器）光电传感器 鼠标器鼠标器鼠鼠鼠鼠标标标标中中中中的的的的红红红红外外外外接接接接收收收收管管管管就就就就是是是是光光光光传传传传感感感感器器器器。鼠鼠鼠鼠标标标标移移移移动动动动时时时时，滚滚滚滚球球球球带带带带动动动动 x x、y y 方方方方向向向向两两两两个个个个码码码码盘盘盘盘转转转转动动动动，红红红红外外外外管管管管接接接接收收收收到到到到一一一一个个个个个个个个红红红红外外外外线线线线脉脉脉脉冲冲冲冲。计计计计算算算算机机机机分分分分别别别别统统统统计计计计 x x、y y 两两两两个个个个方方方方向向向向上上上上的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲信号，就能确定鼠标的位置。信号，就能确定鼠标的位置。信号，就能确定鼠标的位置。信号，就能确定鼠标的位置。第9页，本讲稿共22页机械式鼠标器的内部组成是什么？滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管（光传感器，如图所示）机械式鼠标器的工作原理：鼠标器移动时，滚球运动通过轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计两个方向的脉冲信号，红外接收管处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移 第10页，本讲稿共22页（2）光传感器的应用）光传感器的应用火灾报警器火灾报警器光光光光电电电电三三三三极极极极管管管管是是是是烟烟烟烟雾雾雾雾火火火火警警警警报报报报警警警警器器器器中中中中的的的的光光光光传传传传感感感感器器器器。平平平平时时时时，发发发发光光光光二二二二极极极极管管管管发发发发出出出出的的的的光光光光被被被被不不不不透透透透明明明明挡挡挡挡板板板板挡挡挡挡住住住住。当当当当有有有有烟烟烟烟雾雾雾雾时时时时，烟烟烟烟雾雾雾雾对对对对光光光光有有有有散散散散射射射射作作作作用用用用，光光光光电电电电三三三三极极极极管管管管接接接接收收收收到到到到散散散散射射射射光光光光，电电电电阻阻阻阻变小，使报警电路工作。变小，使报警电路工作。变小，使报警电路工作。变小，使报警电路工作。第11页，本讲稿共22页 报警器带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，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 作用：利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器 工作原理：第12页，本讲稿共22页第13页，本讲稿共22页三、课堂总结、点评三、课堂总结、点评本节课主要学习了以下几个问题：电 饭锅测 温仪温 度 传感器鼠标器火灾报警器光传感器传 感器 的应用：注：各种传感器广泛应用于人们日常生活、生产中，如空调、电冰箱、电饭堡、火灾报警器、路灯自动控制、电脑鼠标器等传感器把所感受到的物理量，如力、热、磁、光、声等，转换成便于测量的电压、电流等，与电路相结合达到自动控制的目的第14页，本讲稿共22页四、实例探究四、实例探究温度传感器的应用温度传感器的应用【例1】如图甲为在温度为10左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1=20 k，R2=10 k，R3=40 k，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示当 a、b端电压 Uab0时，电压鉴别器使 S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在_ 第15页，本讲稿共22页解析：设电路两端电压为为U，当Uab=0时，有解得Rt=20 k由图乙可知，当Rt=20 k时，t=35第16页，本讲稿共22页光传感器的应用光传感器的应用【例2】如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图。A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量和数据是 ，小车速度的表达式为v=；行程的表达式为第17页，本讲稿共22页解析：这是一道以实际问题为背景的实验题，显然无法通过迁移课本实验中的方法来解决。但是题目给出了装置图，该图及题文中的相关说明给我们一定提示，光束原来是连续的，是转动的齿轮使光束变为脉冲，因此脉冲情况必定与齿轮（或车轮）的转动有关，也就与速度和行程有关。根据速度的意义和车正常行驶的情况，应有v=2R f，其中R为车轮的半径，f为单位时间内车轮转过的圈数；若车轮的齿数为P，则转一圈应有P个脉冲被B接收到，因此有，代入上式，有。第18页，本讲稿共22页同样，根据行程的意义，应有，其中m为整个行程中车轮转过的圈数；而，所以 可见，还必须测量的物理量和数据是车轮的半径R和齿轮齿数P，速度和行程的表达式如上面两式所示。答案：车轮的半径R和齿轮齿数P；第19页，本讲稿共22页角速度计角速度计例例3测物体加（角）速度测物体加（角）速度 可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构其结构如图所示。当系统绕轴如图所示。当系统绕轴OOOO转动时，元件转动时，元件A A发生位移并输出相应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。已知的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A A的的质量为质量为m m，弹簧的劲度系数为，弹簧的劲度系数为k k、自然长度为、自然长度为l l，电源的电动势为，电源的电动势为E E、内阻不计。滑动变阻器总长也为、内阻不计。滑动变阻器总长也为l l ，电阻分布均匀，系统，电阻分布均匀，系统静止时静止时P P在在B B点，当系统以角速度点，当系统以角速度转动时，试写出输出电压转动时，试写出输出电压U U与与的函数式。的函数式。A S PCBOO输出电压输出电压U解解：设弹簧伸长：设弹簧伸长x,则则 kx=m 2(l+x)x=m 2 l (k-m 2)设滑动变阻器单位长度设滑动变阻器单位长度 的电阻为的电阻为r1 U=IRx=Exr1/l r1=Ex/l U=Em 2(k-m 2)返回返回第20页，本讲稿共22页例例4.若若电电位位器器（可可变变电电阻阻）总总长长度度为为L，其其电电阻阻均均匀匀，两两端端接接在在稳稳压压电电源源U0上上，当当导导弹弹以以加加速速度度a沿沿水水平平方方向向运运动动时时，与与滑滑块块连连接接的的滑滑动动片片P产产生生位位移移，此此时时可可输输出出一一个个电电信信号号U，作作为为导导弹弹惯惯性性制制导导系系统统的的信信息息源源，为为控控制制导导弹弹运运动动状状态态输输入入信信息息，试写出试写出U与与a 的函数关系式。的函数关系式。01010UPU0解解：a=2kS/m S=ma/2kU=U0 Rx/R=U0 S/L=maU0/2kL=mU0 a/2kLa第21页，本讲稿共22页（3）测）测 力力（课后思考）（课后思考）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，图中中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，是悬挂点，R0是保护电阻，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，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点接触，此时电路中的电流为I，有风时细金，有风时细金属丝将偏转一角度属丝将偏转一角度（与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在C/点接点接触，已知风力方向水平向左，触，已知风力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的质量为，球的质量为M，电阻丝单位长，电阻丝单位长度的电阻为度的电阻为k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转角时，电流角时，电流表的示数为表的示数为I/，此时风力大小为，此时风力大小为F，试写出：，试写出：风力大小风力大小F与与的关系式；的关系式；风力大小风力大小F与电流表示数与电流表示数I/的关系式。的关系式。此装置所测定的最大风力是多少？此装置所测定的最大风力是多少？R0OPDC/CA电电源源第22页，本讲稿共22页