2020学年高中物理第六章传感器第2节传感器的应用课件新人教版选修3_2

第2节 传感器的应用
[学习目标] 1.了解传感器在日常生活和生产中的应用。 2．了解传感器应用的一般模拟。 3．会设计简单的有关传感器应用的控制电路，提高 分析解决问题的能力。
课前预习·落实基础
一、传感器应用的一般模式
二、传感器的应用实例
1．力传感器的应用——电子秤 常 用 的 一 种 力 传 感 器 是 由 __金__属__梁___ 和 _应__变__片__ 组 成 的，应变片能够把物体_形__变___这个力学量转换为__电__压__这 个电学量。
1．电子秤的工作原理 如图6－2－3所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固 定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力 F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应 变片的电阻变大，下表面的电阻变小。F越大，弯曲形变 越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的 电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表 面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输 出。外力越大，输出的电压差值也就越大，由电压差值的 大小，即可得到外力F的大小。
(1)信息采集。 (2)信息加工、放大、传输。 (3)利用所获得的信息执行某种操作。 2．分析传感器问题要注意四点 (1)感受量分析 要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、 磁、声等。
(2)输出信号分析 明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出 信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。 (3)电路结构分析 认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子 元件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的 规律。
(4)执行机构工作分析 传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转 化的过程及包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作 的过程。
[例 1] (2018·宜春高二检测)车床在工作时是不允许 将手随便接近飞转的工件的，为了防止万一，设计了下面 的光电自动控制安全电路，只要人手不小心靠近了工件， 机器就自动停转。图中6－2－1的A为车床上的电动机；B 为随电动机高速转动的工件；C为光源，它发出的光照在 光敏电阻D上；E为电磁铁；F为衔铁；G为电源；H为弹 簧。请简述其工作原理：当手在C、D间靠近工件时，遮 挡住射向光敏电阻的光。光敏电阻的阻值________，电路 中的电流________，使电磁铁磁性________从而放开衔 铁，造成电动机断路，使工件停转以保证安全。
［变式训练］
1．(2018·北京高二检测)(多选)压敏电阻的阻值会随 所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断 升降机运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻平放在 升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止 时电流表示数为I0。某过程中电流表的示数如图乙所示， 则在此过程中
图6－2－2
4．力传感器中金属梁是敏感元件。( × ) 5．感温铁氧体的温度上升到“居里温度”时，就会 失去铁磁性。( √ ) 6．光电三极管在受到光照时呈高电阻状态。( × )
课堂互动·考点突破
考点一 传感器的应用分析
1．传感器问题的分析思路 物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转 换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用 过程分为三个步骤：
A．物体处于失重状态 B．物体处于超重状态 C．升降机一定向上做匀加速运动 D．升降机可能向下做匀减速运动
解析 电流表的示数变为2I0且保持不变，说明压敏 电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大， 物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D正 确，A、C错误。
答案 BD
考点二 传感器的应用实例
图6－2－3
2．电熨斗的应用 (1)温度传感器：由半导体材料制成的热敏电阻和金 属热电阻均可制成温度传感器，它可以把热信号转换为电 信号进行自动控制。 (2)电熨斗的自动控温原理：其内部装有双金属片温 度传感器，如图6－2－4所示：
图6－2－4
常温下，上下触点应是接触的。但温度过高时，由 于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金 属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断 电源停止加热；温度降低后，双金属片恢复原状，重新接 通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用。
图6－2－1
[思路引导] (1)射向光敏电阻的光被挡住时，光敏电阻上光照减 少，电阻值如何变化？ (2)电磁铁线圈中电流大小与电磁铁的磁性大小有何 关系？
[解析] 当手在C、D间靠近工件时，遮挡住光线， 光敏电阻阻值增大，电路中的电流减小，使电磁铁的磁性 减弱，从而放开衔铁，使电路自动断开。
[答案] 增大 减小 减弱
2．温度传感器的应用——电熨斗、电饭锅 (1)电熨斗装有___双__金__属__片__温__度_____传感器，这种传 感器的作用是控制电路的_通__断___。
(2)电饭锅中也应用了温度传感器，它的主要元件是 ____感__温__铁__氧__体_____其常温下具有___铁__磁__性__，能够被磁体 吸引，但是温度上升到约_1_0_3__℃___时，就失去了_铁__磁__性_， 不能被磁体吸引，这个温度称为该材料的“居里温度”或
“居里点”。
3．光传感器的应用——火灾报警器 烟雾散射式火灾报警器是利用烟雾对__光___的散射来 工作的。敏感元件为___光__电__三__极__管____。
［自主思考］
判断下列说法的正误。 1．通常的传感器可以直接用来进行自动控制。( × ) 2．传感器可以用来采集信息。( √ ) 3．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量。 (√ )
3．电饭锅的工作原理 图6－2－5
(1)结构：如图6－2－5所示，它的主要元件感温铁 氧体；是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成 的。它的特点是：常温下具有磁性，能被磁体吸引，但是 温度上升到约103 ℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引 了。
(2)工作原理：电饭锅工作时，按下开关按钮，感温 磁体与永磁体接触，两个接线螺钉通过触点相连磁体分离，带动触点分离，电路断开，不再加 热，电饭锅停止工作。