物理实验十一 传感器的简单使用 .ppt

实验十一 传感器的简单使用实验准备实验目的(1)了解传感器的工作原理，知道传感器的作用.(2)观察光敏电阻、热敏电阻和金属热电阻的阻值是如何随光信号和热信号的变化而变化的.(3)能处理关于三种类型传感器(光电传感器、热电传感器、电容式传感器)的问题.实验原理力热光声化学成分(1)传感器：能将所感受到的诸如_、_、_、_、_等非电学量转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件.敏感元件转换器件转换电路外界信息(2)传感器的一般应用模式：由_、_和_三个部分组成，通过敏感元件获取_并转换成_，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理.电信号传感器工作过程是：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量.(3)传感器的分类：_传感器、_传感器、_传感器、_传感器、_传感器、磁电传感器、超声波传感器、气敏传感器等.力电热电光电声电电容实验器材(1)力电传感器.力学电学作用：把_信号(位移、速度、加速度等)转化为_信号(电压、电流等).应用：广泛应用于社会生产、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(一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统)等.(2)光敏电阻.大减小特点：无光照时，载流子(电流载体，如电子和离子)极少，阻值较_；随着光照的增强，载流子增多，阻值_.作用：能够把光照_这个光学量转换成_这个电学量.强弱电阻应用：路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理.(3)热敏电阻.减小温度电阻特点：阻值会随温度的升高而_.作用：能把_这个热学量转换为_这个电学量.应用：各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等.(4)金属热电阻.特点：金属热电阻的电阻率随温度的升高而_，相比之下，热敏电阻的灵敏度较好.增大作用：能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量.应用：_传感器等.温度(5)霍尔元件.原理：外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当_与_力达到平衡时，导体板左、右两侧会形成稳定的电压，被称为霍尔电势差或_(UH)，静电力洛伦兹霍尔电压作用：霍尔元件能够把_这个磁学量转换为电压这个电学量.磁感应强度【基础检测】(多选)如图 S11-1 所示为光敏电阻自动计数器的示意图，图中虚线表示激光，圆柱体表示随传送带运动的货物，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()图 S11-1A.当光照射 R1 时，信号处理系统获得高电压B.当光照射 R1 时，信号处理系统获得低电压C.信号处理系统每获一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获一次高电压就计数一次解析：激光是照在光敏电阻 R1 上，信号处理系统与 R1 并联，其电压就是 R1 上的电压，当货物挡光时 R1 阻值大，电压高，货物挡光一次，就计数(货物的个数)一次，故 B、D 正确.答案：BD考点 含传感器电路的分析重点归纳掌握不同传感器元件的变化规律，再结合变压器及电路的相关规律如闭合电路欧姆定律进行分析和计算.以下是常见的几类传感器的特点：图 S11-21.角度的电容式传感器：原理是当旋片转动时，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 S11-2 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，当液体的高度发生变化时，相当于两个极板的正对面积发生变化，从而引起电容发生变化.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改变时，金属片的形状发生变化，两金属板的距离发生变化，电容随之改变.如图丁所示.典例剖析例 1：如图S11-3甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为 51，原线圈接入如图乙所示的电压，副线圈接火灾报警系统(报警器未画出)，电压表和电流表均为理想电表，R0为定值电阻，R 为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减图 S11-3A.图乙中电压的有效值为 110 VB.电压表的示数为 44 VC.R 处出现火警时电流表示数增大D.R 处出现火警时电阻 R0 消耗的电功率增大思维点拨：(1)热敏电阻随温度的升高阻值减小，变压器负载电阻变小，副线圈电流变大.(2)根据变压器的相关规律，分析其他物理量的变化情况.解析：出现火警时，热敏电阻 R 的阻值减小，必定导致副线圈的电流增大，R0 消耗的电功率增大，D 正确；按照变压器的相关规律，可知原线圈的电流也增大，故电流表示数增大，确，B 错误.答案：B【考点练透】如图 S11-4 所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R3 为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时，电阻会迅速减小.值班室的显示器为电路中的电流表，a、b 之间接报警器.当传感器 R3 所在处出现火情时，显示器的电流 I、报警器两)图 S11-4端的电压 U 的变化情况是(A.I 变大，U 变大B.I 变大，U 变小C.I 变小，U 变小D.I 变小，U 变大答案：C易错点 传感器的应用例 2：位移传感器的工作原理如图 S11-5 所示，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()图 S11-5A.物体 M 运动时，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，电压表没有示数错解分析：不清楚传感器在电路中的作用，不明确传感器所影响的物理量与电路中的其他物理量之间的关系，以为物体M 运动时，电路中的外电阻发生改变，电流发生改变，或者物体 M 不动时，电路中不产生电流.正解分析：物体 M 运动时，电压表测的对应电阻发生改变，所以其示数会发生变化，但整个电路的总电阻没改变，所以电路中的电流不变.故本题答案为 B.答案：B指点迷津：关键是掌握传感器元件物理量的变化规律，再结合电路的相关规律进行分析和计算.【触类旁通】(2015 年北京海淀区模拟)某种角速度计，其结构如图 S11-6所示.当整个装置绕轴 OO转动时，元件 A 相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号.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，装置静止时滑片 P 在变阻器的最左端 B端，当系统以角速度转动时，则()图 S11-6A.电路中电流随角速度的增大而增大B.电路中电流随角速度的增大而减小C.弹簧的伸长量为 xmlkm2D.输出电压 U 与的函数式为 UEm2km2答案：D