高中物理--传感器

湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气
从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为
（ D）
A. 改变了湿度
B. 改变了温度
C. 改变了磁场
D. 改变了电容
6.电感传感器
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，一般要利用磁场作为媒 介或利用磁体的某些现象。
得m=0.5kg①
mg F上底板=5N
mg+5-10=ma2② 由①②得：a2=0③
静止或匀速运动
mg
F≥10N④ 由弹簧形变情况决定
F – mg = ma3⑤
1、受力分析（对象）
由①④⑤得： a3 ≥ 10m/s2⑥
2、如何理解上顶板示数是下底板示数的1/2? 3、 F//如何？
向上加速或向下减速，加速度
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。
输出 信号
敏感 元件
R
E
Oω
A
O′
输出电压U
P
B
C
S
（3）测 力
例3：（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P为金属球，悬挂在一细长 裸金属丝下面，O是悬挂点，R0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，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I，有风时细金属丝将 偏转一角度θ（θ与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在C/点接触，已知风力方向水平向左， OC=h，CD=L，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属 丝偏转θ角时，电流表的示数为I/，此时风力大小为F，试写出：
(1)若上顶板传感器的示数是下底板传感器的示数的一半， 试判断箱的运动情况。
(2)要使上顶板传感器的示数为零,箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？
解：对轻弹簧和m
F=10N 原来
（1）
F/下底板=10N （2）
F// 下 底
板
a由接触面形变情况决定 3
m
a=2m/s2
mg F1 =6N
mg+6-10=ma
实例：磁性物质探测报警器
N
S
录音机
练习1、 用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯 亮，有险情时电铃报警。可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学 生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。
解：
热敏电阻正常时电阻值大，ab间电流小，电磁继电器磁性弱，衔铁与上触点接触 ，绿灯泡亮。
4.声电传感器:声电传感器是利用电磁感应的原理把声音信号转变成电信号。如动圈式话筒、电容式 话筒等。
5.电容式传感器:电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因 素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容 的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式 传感器。
受热时电阻值小，ab间电流大，电磁继电器磁性强，衔铁与下触点接 触，电铃响。
①将热敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b 端，如图示：
②将学生用电源与绿灯泡分别接入c、e之 间。
③将学生用电源与电铃分别接入c、d、之 间。
t° 变式：提高灵敏度，应该如何调节
滑动变阻器？
a bc d e
①风力大小F与θ的关系式； F=Mg·tanθ①
②风力大小F与电流表示数I/ 的关系式。思路？ tanθ=L//h②
I/=E/[R0+k(L-L/）] ③ E=I(R0+kL) ④ ③由此①装到置④所得测：F定 的Mhg最• (大kL风 Rk力0I)(/ 是I / 多I )少⑤？
F Mg L ⑥ 两种理解
块上有指针，可通过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运动，指针向左偏离O点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度
（D ）
A. 方向向左，大小为 k S/m
B．方向向右，大小为 k S/m
C．方向向左，大小为 2k S/m D. 方向向右，大小为 2k S/m
2. 若电位器（可变电阻）总长度为L，其电阻均匀，两端接在稳压电源U0上，当 导弹以加速度a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输
6.电感传感器: 电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来测量或控制的一种装置把磁信号转变 成电信号，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。
1.力电传感器
三、几种类型的传感器的应用实例分析
（1）测物体的质量
A A
P
B
S
R0
S
A
E
PV
E
B
R0
S
VA
P
E
B
R0
（2）测物体加速度（加速度计）
例1：加速度计是测定物体加速度的仪器，它已成为导弹、飞机、潜艇后宇宙飞船制导系统的信 息源。如图为应变式加速度计示意图，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏
感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端的滑动臂可在滑 动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出，已知：敏感 元件的质量为m，两弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为E，内电阻不计，滑动变阻器的总电阻为R， 有效长度为L，静态时输出电压为U0。试求加速度a与输出电压U的关系式。
h
R0
电 源
D F
AO
θ C/ T C
L/ P
G
（4）测 位 移 例4：（上海考题）演示位移传感器的工作原理如右图示，
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 ( B )
A. 物体M运动时，电源内的电流会发生变化
由于C∝S，动片与定片间的角度θ发生 。
变化时，引起S的变化，通过测出C的
甲
变化，测量动片与定片间的夹角θ
定片
图乙是测量液面高度h 的电容式传感器，原理是
由于C∝S，h发生变化，金属芯线和 导电液体组成的电容发生变化，通过
。
乙
测定C的变化，可以测量液面高度h
h
的变化。
金属芯线 电介质
导电液体
图丙是测量 压力F 的电容式传感器，原理是
5.电容式传感器
电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质
这几个因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上述某
个因素的变化，从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上
述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。
θ
图甲是测量 角度θ 的电容式传感器，原理是
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
2、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。
例5：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R2 为用半导
体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之
间接报警器。当传感器 R2 所在处出现火情时，显示器的电流I、
报警器两端的电压U 的变化情况是（
B）
A. I 变大，U 变大
B. I 变小，U 变小
C. I 变小，U 变大
D. I 变大，U 变小
解：火情时温度升高，R2 减小， R总减小， I总增大， U内增大，Uab 减小， UR1增大，U并减小， IA减小
220V
变式：想让天更暗时灯才亮，应该 如何调节滑动变阻器？
ce b
a
练习3、 将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图所示，在箱的上顶板和下底板装有压 力传感器，箱可以沿竖直轨道运动。当箱以a=2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板 的传感器显示的压力为6.0N，下底板的传感器显示的压力为10.0N。(取g=10 m/s2)
出一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信
息，试写出U与a 的函数关系式。
解： 由分压原理：
10
0
10Hale Waihona Puke Baidu
由U牛=U顿0 第Rx二/ R定=律U0 Δx / L①
Δx=ma/2k② 由①②得：
P U
U=mU0 a / 2kL③ U0
（2）测物体角速度（角速度计）
可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构 如图所示。当系统绕轴OO′转动时，元件A发生位移并
a≥ 10m/s2。
)L
③对③式的讨论
敏感 元件
R
E
例2. 惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和
原理的示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别
与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑
方法：①由外到内再到外，先不变后变
②增阻，增压，减流， 减阻，减压，增流
a E r
b
R1
A R3
R2
３.光电传感器
A 例6．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信
号的过程。下列属于这类传感器的是（ ）
A．红外报警装置 B．走廊照明灯的声控开关 C．自动洗衣机中的压力传感装置 D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
2.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原理把热学信号转化成电 学信号制成的，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。
３.光电传感器: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 变化而变化的原理把光信号转变成电信号制成的。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原理。
器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性
膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体
的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号 转变为电信号。下列说法正确的是
(B
)
A 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
C 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
一、传感器的含义 第六章 传感器
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、处理的电学量 （如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由 敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：
非电物理量 敏感元件
转换器件
转换电路 电学量
二、传感器的分类 1.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（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防抱死制动系统等。
例7.如图示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的
选择开关置于Ω档，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ， 现用手
掌挡住部分光线，表针的偏角变为θ ′，则可判断 （
）B
A. θ ′= θ
B. θ ′< θ C. θ ′>θ
θ
D. 不能确定θ和 θ 的关系′
4.声电传感器 例8：（上海试题）唱卡拉OK用的话筒，内有传感
练习2、 用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的 实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材如 下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关 、导线。
解：
光敏电阻天暗时电阻值大，ab间电流小，电磁继电器磁性弱，衔铁 与触点接触，灯泡亮。
天亮时电阻值小，ab间电流大，电磁继电器磁性强，衔铁 与触点分离，灯泡灭。
理清思路很重要 ①滑动触头左右移动过程中，电路
②若车的加速度大小为a，则两 弹簧的形变量是多少？
中电流如何变化？ 不变化
ΔX左=ΔX右=ma/2k
③求加速度a与输出电压U的关系式
解：假设a向右为正，位置向左△x
输出
由牛顿第二定律：a 2(kx) ①
m
由分压原理：
U
U0
E
x L
②
信号
由①②得：
a
2k(U0 U Em
由于C∝1/d，压力F 作用在可动电极上，引起极板间距d 的。变化，通过测出C的变
化，测量压力固F定的变电化极。
极板
丙
丁
x
F 可动电极
电介质
图丁是测量 位移x 的电容式传感器，原理是
由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过 。
测出C的变化，测量位移x的变化。
例9：随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将