传感器的综合应用

个电路中应选择的是图 2 ；简要说明理由：
电压可从0V调到所需电压，调节范围较大 。 （ 电 源 电 动 势
为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0-100Ω）
⑵在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值
电阻R1=250Ω。由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端
的电压为___5_._2___V；电阻R2的阻值为 111.6—112.0
（1）测物体的质量
S
A
A
A
PB
E
PV
S
B
E
R0
R0
《学海导航》第3节 变式练习3
S
VA
P
E
B
R0
（2）测物体加速度 《学海导航》第3节 变式练习4
例题：加速度计是测定物体加速度的仪器，它已成为导弹、飞
机、潜艇及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
图2
阻 图4
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)
(1)若上顶板传感器的示数是下底板
。
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
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F的变化。
。
固定电极 丙
极板
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
mg+F2-F=ma2
a2=0 静止或匀速运动
mg
上顶板示数为零， 则弹簧变短， F≥10N F3=0 F – mg = ma3 a3 ≥ 10m/s2
向上加速或向 下减速，加速 度a≥ 10m/s2。
4 .（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
⑵假设列车是来自百度文库变速运动，求列车加速度的大小 i /A
0.15
0.10 0 .05
0 -0 .05
S/m
50
100 150
-0.10
-0.15
解：I=E/R=nBLv/R
v=IR/nBL= 0.4I／5×0.004×0.2= 100×I
在30m处，I1 =0.12A ∴v1=12m/s 在130m处，I2 =0.15A ∴v2=15 m/s
一、传感器的含义 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
1. 热电传感器
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，静态时两弹簧均 处于原长，滑动触头位于变阻器正中，此时输出电压U=E/2。
(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
4.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。
，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
∴ a =（ v22 - v12 ）/ 2S
= 0.405 m/s2
i /A
0.15
0.10 0 .05
0 50
-0 .05
-0.10
-0.15
S/m
100 150
B OS
03年上海高考18、 （7分）图1为某一热敏电阻R(电阻值随温度
的改变而改变，且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。
⑴为了通过测量得到图1所示I-U关系的完整曲线，在图2和图3两
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。
。
例题：随着生活质量的提高，自动干手机已进入 家庭，洗手后，将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
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
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
Ω。
⑶举出一个可以应用热敏电阻的例子：__热__敏__温__度__计___。
解: ⑵ I1=9/250=0.036A=36mA I2=34mA
I/mA
由图1得 UR=5.2V R2 =(9-5.2) / 0.034=111.8 Ω
50
40
V
V
A
30
A
A
R2
20
9V R1
热
10
R
敏 电
0 1 2 3 图4 1 5 6 7 U/V
传感器的示数的一半， 试判断箱的运
动情况。
m
(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： 原来
F=10N m
（1）
F
（2） F a3
a
mg F1 =6N
向上做匀减速 运动 ，a向下 a=2m/s2
mg+F1-F=ma
m=0.5kg
a2
mg F2
上顶板示数是下 底板示数的1/2 弹簧长度不变 F=10N F2=5N
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。
例题：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
R1
R2
C. 信号处理系统每获得一次较低电压就记数一次
D.信号处理系统每获得一次较高电压就记数一次
3.声电传感器
例题：（2003上海理综11 ）唱卡拉OK用的话筒， 内有传感器。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
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风力大小F与θ的关系式；
R0 A O
②风力大小F与电流表示数I 的关系式
电 源
。③此装置所测定的最大风力是多少？
D
θ
C'
C
P
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。
N
实例：磁性物质探测报警器 S
录音机
例：为了测量列车运行的速度和加速度的大小，可采用如图
所示的装置，它是由一块安装在列车头底部的强磁体和埋设在 轨道地面的一组线圈及电流测量仪组成的(测量仪未画出)。当 列车经过线圈上方时,线圈中产生的电流被记录下来，就能求出 列车在各位置的速度和加速度。假设磁体端部磁感强度为 B=0.004T,且全部集中在端面范围内，与端面垂直，磁体宽度与 线圈宽度相同，且都很小，线圈匝数n=5，边长L=0.2m,电阻 0.4Ω(包括引线电阻)，测试记录下来的电流—位移如图所示。 试求：⑴在离O(原点)30m,130m处列车的速度v1和v2的大小
①滑动触头左右移动过程中，电路
敏感
中电流如何变化？
元件
输出
②若车的加速度大小为a，则两弹 簧的形变量是多少？
信号
R
③求加速度a与输出电压U的关系式 （以向右为正）
E
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，
根据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、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。
例题：如图示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中
R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工
作原理是 ( B D )
信号处
理系统
A. 当有光照射R1时,信号处理系统获得较高电压 B. 当有光照射R1时,信号处理系统获得较低电压
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 C. I 变小，U 变大
B. I 变小，U 变小 D. I 变大，U 变小
解：出现火情时温度升高， a
R2 减小， R总减小， I总增大，
E
Uab减小， U并减小， IA减小，
r b
R1
A R3
R2
2.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。
传感器的综合应用
传感器的综合应用
一、传感器的含义 二、传感器的分类 1. 热电传感器 2. 光电传感器 03年天津理综、 05年盐城二模9. 3. 力电传感器 （1）测物体的质量 （2）测物体加速度 （3）测物体角速度 例1. （4）测 力 （5）测 位 移 03年上海理综10. 4. 声电传感器 5. 电容式传感器 例2 6. 电感传感器