广东地区高二物理传感器复习课件.ppt
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1、第六章传感器第六章传感器2021/8/8 星期日1 传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、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、处理的电湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、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。学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一、传感器的含义一、传感器的含义非电学量非电学量传感器传感器放大放大 转换转换 电路电路电学量电学量执行机构显示器(指针式电表)(数字屏)计算机系统传感器应用的一般模式:2021/8/8 星期日2二、常用的几种传感二、常
2、用的几种传感1、干簧管2、光敏电阻3、热敏电阻4、金属热电阻5、电容式位移传感器6、霍尔元件是一种能感知磁场的传感器电阻随光照的增强而减小温度升高电阻增大一般随温度升高电阻减小（半导体材料）（半导体材料）2021/8/8 星期日3三、传感器的分类三、传感器的分类1.力电传感器力电传感器 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（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，如安装仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如
3、安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死防抱死制动系统等。制动系统等。2021/8/8 星期日4（1）测物体的质量）测物体的质量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE2021/8/8 星期日5（2）测物体加（角）速度）测物体加（角）速度 例例题题：加加速速度度计计是是测测定定物物体体加加速速度度的的仪仪器器，它它已已成成为为导导弹弹、飞飞机机、潜潜艇艇后后宇宇宙宙飞飞船船制制导导系系统统的的信信息息源源。如如图图为为应应变变式式加加速速度度计计示示意意图图，当当系系统统加加速速时时，加加速速度度计计中中的的敏敏感感元
4、元件件也也处处于于加加速速状状态态，敏敏感感元元件件由由弹弹簧簧连连接接并并架架在在光光滑滑支支架架上上，支支架架与与待待测测系系统统固固定定在在一一起起，敏敏感感元元件件下下端端的的滑滑动动臂臂可可在在滑滑动动变变阻阻器器R上上自自由由滑滑动动，当当系系统统加加速速运运动动时时，敏敏感感元元件件发发生生位位移移，并并转转化化为为电电信信号号输输出出，已已知知：敏敏感感元元件件的的质质量量为为m，两两弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为k，电电源源的的电电动动势势为为E，内内电电阻阻不不计计，滑滑动动变变阻阻器器的的总总电电阻阻为为R，有有效效长长度度为为L，静静态态时时输输出出电电压为压为U0。
5、试求加速度。试求加速度a与输出电压与输出电压U的关系式。的关系式。敏感敏感元件元件输出输出信号信号ER滑动触头左右移动过程中，电路滑动触头左右移动过程中，电路中电流如何变化？中电流如何变化？若车的加速度大小为若车的加速度大小为a，则两弹，则两弹簧的形变量是多少？簧的形变量是多少？求加速度求加速度a与输出电压与输出电压U的关系式的关系式2021/8/8 星期日6角速度计角速度计（2）测物体加（角）速度）测物体加（角）速度 可测量飞机、航天器、潜艇可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴其结构如图所示。当系统绕轴OO转动转动时，元件时，元件A发生位移并输出相应的
6、电压信号，成为飞机、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。已知卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为的质量为m，弹簧，弹簧的劲度系数为的劲度系数为k、自然长度为、自然长度为l，电源的电动势为，电源的电动势为E、内、内阻不计。滑动变阻器总长也为阻不计。滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，系统，电阻分布均匀，系统静止时静止时P在在B点，当系统以角速度点，当系统以角速度转动时，试写出输转动时，试写出输出电压出电压U与与的函数式。的函数式。A S PCBOO输出电压输出电压U解：设弹簧伸长解：设弹簧伸长x,则则 kx=m 2(l+x)x=m 2 l (k-m 2)设滑动变
7、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2021/8/8 星期日7 例例1.惯惯性性制制导导系系统统已已广广泛泛应应用用于于导导弹弹工工程程中中，这这个个系系统统的的重重要要元元件件是是加加速速度度计计。加加速速度度计计的的构构造造和和原原理理的的示示意意图图如如图图示示，沿沿导导弹弹长长度度方方向向按按装装的的固固定定光光滑滑杆杆上上套套一一个个质质量量为为m的的滑滑块块，滑滑块块的的两两侧侧分分别别与与劲劲度度系系数数均均为为k的的弹弹簧簧相相连连，两两弹弹簧簧的的另另一一端端与与固固定定壁壁相相连
8、连。滑滑块块原原来来静静止止，弹弹簧簧处处于于自自然然长长度度。滑滑块块上上有有指指针针，可可通通过过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。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设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离运动，指针向左偏离O点的距离为点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度则这段时间内导弹的加速度 （）A.方向向左，大小为方向向左，大小为 k S/m B方向向右，大小为方向向右，大小为 k S/m C方向向左，大小为方向向左，大小为 2k S/m D.方向向右，大小为方向向右，大小为 2k S/mD01010UP2021/8/8 星
9、期日82.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，为为控控制制导弹运动状态输入信息，试写出导弹运动状态输入信息，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/2kL a2021/8
10、/8 星期日9（3）测）测 力力 例题：（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪例题：（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中器原理图，图中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是悬挂是悬挂点，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，点接触，此时电路中的电流为此时电路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度，有风时细金属丝将偏转一角度（与风力大与风力大小有关）
11、，细金属丝与电阻丝在小有关），细金属丝与电阻丝在C/点接触，已知风力方向水平向左，点接触，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，电阻丝单位长度的电阻为，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转角时，电流表的示数为角时，电流表的示数为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2021/8/
12、8 星期日10（4）测）测 位位 移移 例例题题：（2020上上海海考考题题）演演示示位位移移传传感感器器的的工工作作原原理理如如右右图图示示，物物体体M在在导导轨轨上上平平移移时时，带带动动滑滑动动变变阻阻器器的的金金属属滑滑杆杆p，通通过过电电压压表表显显示示的的数数据据，来来反反映映物物体体位位移移的的大大小小x。假假设设电压表是理想的，则下列说法正确的是电压表是理想的，则下列说法正确的是 ()A.物体物体M运动时，电源内的电流会发生变化运动时，电源内的电流会发生变化B.物体物体M运动时，电压表的示数会发生变化运动时，电压表的示数会发生变化C.物体物体M不动时，电路中没有电流不动时，电路
13、中没有电流D.物体物体M不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数B2021/8/8 星期日112。热电传感器。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。饭煲等）的温度控制、火警报警器、恒温箱等。例例题题：如如图图是是一一火火警警报报警警的的一一部部分分电电路路示示意意图图。其其中中R2 为为用用半半导导体体热热敏敏材材料料制制成成的的传传感感器器，电电流流表表为
14、为值值班班室室的的显显示示器器，a、b之之间间接接报报警警器器。当当传传感感器器 R2 所所在在处处出出现现火火情情时时，显显示示器器的的电电流流I、报警器两端的电压、报警器两端的电压U 的变化情况是（的变化情况是（）A.I 变大，变大，U 变大变大 B.I 变小，变小，U 变小变小 C.I 变小，变小，U 变大变大 D.I 变大，变大，U 变小变小 R1R2R3AabEr 解：出现火情时温度升高，解：出现火情时温度升高，R2 减小，减小，R总减小，总减小，I总增大，总增大，Uab减小，减小，U并减小，并减小，IA减小，减小，B2021/8/8 星期日12.光电传感器光电传感器 光电传感器中的
15、主要部件是光敏电阻或光电管。如果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照强度的变化而变化的原理制成的。如自动冲水机、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。原理。例例题题：（新新教教材材 2020天天津津理理综综）如如图图，当当电电键键K断断开开时时，用用光光子子能能量量为为2.5eV的的一一束束光光照照射射阴阴极极P，发发现现电电流流表表读读数数不不为为零零。合合上上电电键键，调调节节滑滑线线变变阻阻器器，发发现现当当
16、电电压压表表读读数数小小于于0.60V时时，电电流流表表读读数数仍仍不不为为零零；当当电电压压表表读读数数大大于于或或等等于于0.60V时时，电电流流表表读读数数为为零零。由此可知阴极材料的逸出功为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：反向截止电压为解：反向截止电压为0.60V，EKm=0.60 eV W=h-EKm=2.5-0.6=1.9 eVA2021/8/8 星期日134.声电传感器声电传感器 例例题题：（2020上上海海试试题题）唱唱卡卡拉拉OK用用的的话话筒筒，内内有有传传感感器器。其其中中有有一一种种是是动动圈圈式式的的
17、，它它的的工工作作原原理理是是在在弹弹性性膜膜片片后后面面粘粘接接一一个个轻轻小小的的金金属属线线圈圈，线线圈圈处处于于永永磁磁体体的的磁磁场场中中，当当声声波波使使膜膜片片前前后后振振动动时时，就就将将声声音音 信信 号号 转转 变变 为为 电电 信信 号号。下下 列列 说说 法法 正正 确确 的的 是是 ()A 该传感器是根据电流的磁效应工作的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膜片振动时，金属线圈中不会产生
18、感应电动势B2021/8/8 星期日145.电容式传感器电容式传感器 电电容容器器的的电电容容C决决定定于于极极板板的的正正对对面面积积S、极极板板间间距距离离d以以及及极极板板间间的的电电介介质质这这几几个个因因素素。如如果果某某一一物物理理量量（如如角角度度、位位移移、深深度度等等）的的变变化化能能引引起起上上述述某某个个因因素素的的变变化化，从从而而引引起起电电容容的的变变化化，则则通通过过测测定定电电容容器器的的电电容容就就可可以以确确定定上上述述物物理理量量的的变变化化，起起这种作用的电容器称为电容式传感器。这种作用的电容器称为电容式传感器。图甲是测量图甲是测量 的电容式传感器，原理
19、是的电容式传感器，原理是 。定片定片甲甲角度角度由于由于C S，动片与定片间的角度，动片与定片间的角度发生发生变化时，引起变化时，引起S的变化，通过测出的变化，通过测出C的的变化，测量动片与定片间的夹角变化，测量动片与定片间的夹角图乙是测量图乙是测量 的电容式传感的电容式传感器，原理是器，原理是 。金属芯线金属芯线电介质电介质导电液体导电液体乙乙h液面高度液面高度h由于由于C S，h发生变化，金属芯线和导发生变化，金属芯线和导电液体组成的电容发生变化，通过测电液体组成的电容发生变化，通过测定定C的变化，可以测量液面高度的变化，可以测量液面高度h 的变的变化。化。2021/8/8 星期日15图丙
20、是测量图丙是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。固定电极固定电极可动电极可动电极F丙丙压力压力F由于由于C 1/d，压力，压力F 作用在可动电极上，引起极板间距作用在可动电极上，引起极板间距d 的变化，通过测出的变化，通过测出C的变化，测量压力的变化，测量压力F的变化。的变化。图丁是测量图丁是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。极板极板电介质电介质丁丁x位移位移x由于由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过测出测出C的变化，测量位移的变化，测量位移x的变化。的变化。2021/8/8 星期日16题题目目：随随着着
21、生生活活质质量量的的提提高高，自自动动干干手手机机已已进进入入家家庭庭，洗洗手手后后，将将湿湿手手靠靠近近自自动动干干手手机机，机机内内的的传传感感器器便便驱驱动动电电热热器器加加热热，有有热热空空气气从从机机内内喷喷出出，将将湿湿手手烘烘干干。手手靠靠近近干干手手机机能能使使传传感感器器工工作作，是是因为因为 （）A.改变了湿度改变了湿度 B.改变了温度改变了温度C.改变了磁场改变了磁场 D.改变了电容改变了电容 D2021/8/8 星期日176.电感传感器电感传感器 电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来实现测量或控制的一种装置，一般要利用磁场作化
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