传感器的应用实例PPT课件
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∴ S=ma/2k
U=U0 Rx / R = U0 S / L =maU0 / 2kL =mU0 a / 2kL∝a
P U
U0
例题4：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。 ①滑动触头左右移动过程中， 电路中电流如何变化？ ②若车的加速度大小为a，则 两弹簧的形变量是多少？ ③求加速度a与输出电压U的 关系式
P U
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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：a=2kS/m
例3(1)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。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
传感器的应用
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1：某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该 转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k）如图 所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为 0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的 输出电压U。 现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻 器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器 的受压面上）。请完成对该物体的测量m。 （1）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电压 的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。 （2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量 m。 受压面 （3）请设想实验中可能会出现的一个问题。
D 物体M不动时，电压表没有示数
例6: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，系统静止时P在B点，当系 统以角速度ω转动时，试写出输出电压U与ω的函数式。 解：设弹簧伸长x , 则 ∴ x= m ω2 l ／ ( k-m ω2 ) 设滑动变阻器单位长度 的电阻为r1
输出 信号 E
敏感 元件
Rwk.baidu.com
例题5：（2003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 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
输入 ＋ 力电转换器 － 输出 ＋ －
(1) 设计电路如图
(2) 测量步骤与结果:①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为 零,②将砝码放在转换器上,记下输出电压U0,③将待测物放在转换 器上,记下输出电压U 由U0=km0g,得k=U0/m0g U=k m g,所以 m=m0U/U0
例题2：（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： R0 O A ①风力大小F与θ的关系式； 电 θ ②风力大小F与电流表示数I/ 的关系式。 源 B C ③此装置所测定的最大风力是多少？ D P
O O′
ω
A
U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l
∴ U= Em ω2 ／(k-m ω2)
输出电压U
P
B S C
例 7 ：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) m (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？
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∴ S=ma/2k
U=U0 Rx / R = U0 S / L =maU0 / 2kL =mU0 a / 2kL∝a
P U
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例题4：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。 ①滑动触头左右移动过程中， 电路中电流如何变化？ ②若车的加速度大小为a，则 两弹簧的形变量是多少？ ③求加速度a与输出电压U的 关系式
P U
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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：a=2kS/m
例3(1)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。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
传感器的应用
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1：某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该 转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k）如图 所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为 0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的 输出电压U。 现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻 器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器 的受压面上）。请完成对该物体的测量m。 （1）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电压 的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。 （2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量 m。 受压面 （3）请设想实验中可能会出现的一个问题。
D 物体M不动时，电压表没有示数
例6: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，系统静止时P在B点，当系 统以角速度ω转动时，试写出输出电压U与ω的函数式。 解：设弹簧伸长x , 则 ∴ x= m ω2 l ／ ( k-m ω2 ) 设滑动变阻器单位长度 的电阻为r1
输出 信号 E
敏感 元件
Rwk.baidu.com
例题5：（2003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 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
输入 ＋ 力电转换器 － 输出 ＋ －
(1) 设计电路如图
(2) 测量步骤与结果:①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为 零,②将砝码放在转换器上,记下输出电压U0,③将待测物放在转换 器上,记下输出电压U 由U0=km0g,得k=U0/m0g U=k m g,所以 m=m0U/U0
例题2：（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： R0 O A ①风力大小F与θ的关系式； 电 θ ②风力大小F与电流表示数I/ 的关系式。 源 B C ③此装置所测定的最大风力是多少？ D P
O O′
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A
U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l
∴ U= Em ω2 ／(k-m ω2)
输出电压U
P
B S C
例 7 ：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) m (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？