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自主學習·基礎知識,2 傳感器的應用 [學習目標] 1.了解傳感器在日常生活和生產(chǎn)中的應用.2.了解傳感器應用的一般模式.3.會設計簡單的有關傳感器應用的控制電路，提高分析問題、解決問題的能力．,合作探究·重難疑點,解題技巧·素養(yǎng)培優(yōu),應用傳感器的實際工作過程中為什么需要放大電路？ 【提示】 因為傳感器將非電學量轉(zhuǎn)換為電學量的信號往往很弱，所以一般要通過放大電路放大．,1．力傳感器的應用——電子秤 (1)組成及敏感元件：由金屬梁和________組成，敏感元件是________． (2)工作 原理,應變片,應變片,(3)作用：應變片將___________這個力學量轉(zhuǎn)換為______這個電學量．,物體形變,電壓,2．溫度傳感器的應用實例,103_°C,103_°C,3.光傳感器的應用——火災報警器 報警器帶孔的罩子內(nèi)裝有______________、____________和不透明的擋板．,發(fā)光二極管LED,發(fā)光三極管,在機場、車站、碼頭等人員集散地都設有體溫檢測點，為什么測體溫時一般不用水銀溫度計，而用紅外線測溫儀？ 【提示】 用水銀溫度計，測溫時間長，同時又容易引起交叉感染，用紅外線測溫儀測溫速度快，也不需要與人體直接接觸，又避免了交叉感染，因此用紅外線測溫儀較好．,1．應變式力傳感器可以用來測量重力，也可用來測牽引力．( ) 2．常溫下，電熨斗上、下觸點應當是分離的，溫度過高時，觸點接觸．( ) 3．電飯鍋內(nèi)溫度達到100 ℃時，觸點分離，切斷電源，停止加熱．( ),√,×,×,預習完成后，請把你認為難以解決的問題記錄在下面的表格中,學生分組探究一 傳感器問題的分析 第1步探究——分層設問，破解疑難 1．如圖6-2-1所示，是測定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導體芯，B為導體芯外面的一層絕緣物體，C為導電液體，把傳感器接到圖示電路中．已知靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同．如果發(fā)現(xiàn)指針正向左偏轉(zhuǎn)，則導電液體的深度h是如何變化的？并說明電容器的電容的變化,2．如圖6-2-2所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計數(shù)器的基本工作原理是什么？ 圖6-2-2,【提示】 當光被物體擋住時，R1的電阻增大，電路中的電流減小，R2兩端的電壓減小，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過一個物體就獲得一次低電壓，計數(shù)一次．,第2步結(jié)論——自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1．分析思路 物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉(zhuǎn)換為便于測量的電學量的器件．我們可以把傳感器的應用過程分為三個步驟： (1)信息采集． (2)信息加工、放大、傳輸． (3)利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作．,2．分析傳感器問題要注意四點 (1)感受量分析 要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等． (2)敏感元件分析 明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的變化規(guī)律．,(3)電路結(jié)構(gòu)分析 認真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點基礎上，分析電路輸出信號與輸入信號間的規(guī)律． (4)執(zhí)行機構(gòu)工作分析 傳感器的應用，不僅包含非電學量如何向電學量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機構(gòu)進行工作的過程．,第3步例證——典例印證，思維深化 如圖6-2-3所示為普通冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)．銅質(zhì)的測溫泡1、細管2和彈性金屬膜盒3連通成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，上述材料就構(gòu)成了一個溫度傳感器．膜盒3為扁圓形(圖中顯示為它的切面)，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接．盒中氣體的壓強增大時，盒體就會膨脹．測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中，5、6分別是電路的動觸點和靜觸點，控制制冷壓縮機的工作．,彈簧7的兩端分別連接到彈簧片4和連桿9上，連桿9的下端是裝在機箱上的軸．凸輪8是由設定溫度的旋鈕(圖中未畫出)控制的．逆時針旋轉(zhuǎn)時凸輪連桿上端右移，從而加大對彈簧7的拉力． 圖6-2-3,(1)為什么當冰箱內(nèi)溫度較高時壓縮機能夠開始工作，而當達到設定的低溫后又自動停止工作？ (2)為什么凸輪可以改變設定的溫度？ 【解析】 (1)冰箱內(nèi)溫度較高時，密封系統(tǒng)中的壓強增大，盒體膨脹，膜盒3通過小柱體帶動彈簧片4使動觸點5與靜觸點6接觸，控制壓縮機自動開始工作，而當達到設定的低溫時彈簧7帶動彈簧片4將觸點5、6斷開，使壓縮機停止工作．,(2)凸輪逆時針旋轉(zhuǎn)會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與膜盒3共同控制彈簧片4的運動，故凸輪可以改變設定的溫度． 【答案】 見解析,第4步巧練——精選習題，落實強化 1．在探究超重和失重規(guī)律時，某體重為G的同學站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動作．傳感器和計算機相連，經(jīng)計算機處理后 得到壓力F隨時間 t變化的圖象，則 如圖所示的圖象中 可能正確的是( ),【解析】 該同學站在壓力傳感器上完成一次下蹲動作過程中，先向下加速，后向下減速，其加速度方向先向下后向上，即先失重后超重，D正確． 【答案】 D,2．如圖6-2-4所示．兩塊水平放置的金屬板距離為d，用導線、開關S與一個n匝的線圈連接，線圈置于方向豎直向上的變化磁場B中．兩板間放一臺小壓力傳感器，壓力傳感器上表面靜止放置一個質(zhì)量為m、電量為＋q的小球．S斷開時傳感器上有示數(shù)，S閉合時傳 感器上恰好無示數(shù)．則線圈中的 磁場B的變化情況和磁通量變化 率分別是( ) 圖6-2-4,學生分組探究二 常見傳感器的應用實例 第1步探究——分層設問，破解疑難 1．如圖6-2-5所示為一冷庫中的自動控溫設備，容器中是導電液體，其液面與兩個電極剛剛接觸，試探究分析其自動控溫原理． 圖6-2-5,【提示】 冷庫中溫度較低時，導電液體體積較小，此時兩電極未與導電液體接觸，制冷機不工作，當冷庫中溫度升高，致使導電液體受熱膨脹，體積增大，液面升高，當液面與兩電極接觸時，電路接通，制冷機開始工作，冷庫溫度降低，導電液體溫度降低，液面下降，當液面與電極分離時，電路斷開，制冷機停止工作．,2．如圖6-2-6所示是測定位移x的電容式傳感器，其工作原理是哪個量的變化，造成其電容的變化？ 圖6-2-6 【提示】 由原理圖可知，要測定的位移x發(fā)生變化，則電介質(zhì)進入極板的長度發(fā)生變化，從而引起電容的變化，而兩極板間距、正對面積及電介質(zhì)種類均未變化．,第2步結(jié)論——自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1．生活中的傳感器 (1)與溫度控制相關的家用電器，如電飯煲、電冰箱、微波爐、空調(diào)、消毒碗柜等，都用到溫度傳感器． (2)紅外傳感器：自動門、家電遙控器、生命探測器、非接觸紅外測溫儀以及防盜、防火報警器等． (3)照相機中的光傳感器和家用便攜式電子秤的壓力傳感器等．,2．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器 (1)濕度傳感器：判斷農(nóng)田的水分蒸發(fā)情況，自動供水或停水． (2)溫度傳感器和濕度傳感器，可對上百個點進行溫度和濕度監(jiān)測．由于有了十分先進可靠的測試技術(shù)，有效地減少了霉變現(xiàn)象．,3．工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器 (1)生產(chǎn)的自動化和半自動化．用機器人、自動化小車、自動機床、各種自動生產(chǎn)線或者系統(tǒng)，代替人完成加工、裝配、包裝、運輸、存儲等工作．各種傳感器使生產(chǎn)的自動運行保持在最佳狀態(tài)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高效率和產(chǎn)量，節(jié)約原材料等． (2)在數(shù)控機床中的位移測量裝置，就是利用高精度位移傳感器進行位移測量，從而實現(xiàn)對零部件的精密加工．,4．飛向太空的傳感器 在航空、航天技術(shù)領域，傳感器應用得較早，也應用得較多，在運載火箭、載人飛船中，都應用了大量的傳感器供遙測和遙控系統(tǒng)使用．這些傳感器對控制航天器的姿態(tài)、接收和發(fā)送信息、收集太空數(shù)據(jù)等都有重要作用．在載人飛船中還使用一類測量航天員各種生理狀況的生理傳感器，如測量血壓、心電圖、體溫等．,第3步例證——典例印證，思維深化 一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲電阻隨溫度T變化的關系如圖6-2-7中實線①所示．由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會在較大的范圍內(nèi)波動，易損壞衣物．,有一種用主要成分為BaTiO3被稱為“PTC”的特殊材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動控制溫度的特點．PTC材料的電阻隨溫度變化的關系如圖中實線②所示． 根據(jù)圖線解答： (1)為什么原處于冷態(tài)的PTC熨斗剛通電時比普遍電熨斗升溫快？ (2)通電一段時間后電熨斗溫度T自動地穩(wěn)定在______T＜________范圍之內(nèi)．,【解析】 由圖知，PTC元件在T0～T6溫度內(nèi)，電阻隨溫度升高而減小，在電源電壓一定時電功率增大，故升溫快；當溫度超過T6時，電阻隨溫度升高迅速增大，電功率減小，當發(fā)熱功率小于散熱功率時，溫度不升反降，直到發(fā)熱功率等于散熱功率時，溫度可保持在一定的范圍內(nèi)不變，即可控制在T6～T7范圍之內(nèi)． 【答案】 (1)冷態(tài)時PTC電阻很小，電功率很大，所以升溫很快． (2)T6 T7,第4步巧練——精選習題，落實強化 1．如圖6-2-8所示是一位同學設計的防盜門報警器的簡化電路示意圖．門打開時，紅外 光敏電阻R3受到紅外線照射， 電阻減?。婚T關閉時會遮蔽紅 外線源(紅外線源沒有畫出)． 經(jīng)實際試驗，燈的亮、滅情 況的確能反映門的開、關狀態(tài)．門打開時兩燈的發(fā)光情況及R2兩端電壓UR2與門關閉時相比( ),圖6-2-8,A．紅燈亮，UR2變大 B．綠燈亮，UR2變大 C．綠燈亮，UR2變小 D．紅燈亮，UR2變小,2．(多選)家用電烙鐵在長時間使用過程中，當暫不使用時，如果斷開電源電烙鐵會很快變涼，而再次使用時，溫度不能及時達到要求；如果長時間閉合電源，又浪費電能．為改變這種不足，現(xiàn)將電烙鐵改成如圖6-2-9所示電路，其中R0是適當?shù)亩ㄖ惦娮?，R是電烙鐵．則( ) A．若暫不使用，應斷開S B．若暫不使用，應閉合S C．若再次使用，應閉合S D．若再次使用，應斷開S,【解析】 電壓恒定不變，保溫時應該增加電阻，從而減小功率，故應斷開S；同理再次使用時，減小電阻，應閉合S，增大功率． 【答案】 AC,自動控制電路的分析及設計技巧 利用傳感器將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量實現(xiàn)電路的自動控制，我們怎樣分析和設計自動控制電路呢？ 已知光敏電阻隨入射光的增強，其電阻值減小，請利用如圖6-2-10所示器材設計一個路燈自動控制電路．,圖6-2-10 【解析】 控制過程：當有光照射時，A電阻減小，電流增大，光電流經(jīng)過放大器輸出一個較大的電流，驅(qū)動電磁繼電器吸合，,使兩個觸點斷開，路燈不工作；當無光照時，同理光電流減小，放大器輸出電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，使兩個觸點閉合，路燈電路接通，路燈開始工作． 電路如圖所示．,[先看名師指津] 在分析和設計自動控制電路時，要透徹理解各個元件的特性，如光敏電阻、熱敏電阻、電磁繼電器等；在涉及門電路的電路圖時，電流的通路并不能完整地呈現(xiàn)出來，所以不能用原來的電路知識來理解，而是要正確理清電路中的邏輯關系．,[再演練應用] 現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關和導線若干．如圖6-2-11所示，試設計一個溫控電路，要求溫度低于某一溫度時，電爐絲自動通電供熱，高于另一某溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖并說明工作過程． 圖6-2-11,【解析】 電路圖如圖所示，閉合開關S1，當溫度低于設計值時熱敏電阻阻值，通過電磁繼電器電流不能使它工作，S2接通電爐絲加熱．當溫度達到設計值時，熱敏電阻減小到某值，通過電磁繼電器的電流達到工作電流，S2斷開，電爐絲斷電，停止加熱．當溫度低于設計值，又重復前述過程．,