1、2 传感器的应用,1.力传感器 了解电子秤的组成、敏感元件及工作原理。 2.温度传感器 了解电熨斗、电饭锅的敏感元件及工作原理。 3.光传感器 了解火灾报警器的组成及工作原理。,1,2,1.传感器应用的一般模式 传感器输出的电信号相当微弱,难以带动执行机构去实现控制动作,因此要把这个电信号放大。如果需要远距离传送,可能还要把它转换成其他电信号以抵御外界干扰。用图表示为,1,2,2.应用实例 (1)力传感器的应用电子秤。 组成:由金属梁和应变片组成。 敏感元件:应变片。,1,2,工作原理:如图所示,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,左梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表
2、面拉伸,下表面压缩,上表面应变片的电阻变大,下表面应变片的电阻变小。F越大,弯曲形变越大,应变片的阻值变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定,那么上面应变片两端的电压变大,下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。,其工作原理可简记为,1,2,作用:应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。 (2)温度传感器的应用电熨斗。 敏感元件:双金属片,它由两种膨胀系数不同的材料组成。 作用:双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断。 原理:电熨斗的自动控温原理图。,1,2,如图所示,常温下,上下触点应是
3、接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属片膨胀系数大,下部金属膨胀系数小,则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电路停止加热,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。,1,2,熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,此时可通过调温旋钮调节升降螺钉,升降螺钉带动弹性铜片升降,从而改变触点接触的难易,达到在不同温度控制通断的目的。若我们需要提高电熨斗的自动控制温度,应该如何操作? 提示:调节调温旋钮使升降螺钉适当下移。 (3)温度传感器的应用电饭锅。 主要元件及特点:电饭锅中的温度传感器主要元件是感温铁氧体。它的特点是常温下
4、具有铁磁性,能够被磁体吸引,但是温度上升到约103 时,就失去了磁性,不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。,1,2,结构:电饭锅的结构如图所示。,工作原理:开始煮饭时压下开关按钮,由于常温下感温铁氧体具有铁磁性,永磁体将吸引感温磁体,因此手松开后这个按钮不会恢复到图示位置,这时电饭锅处于加热状态。煮饭水沸腾时,水的温度保持沸点不变。当饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度上升,当温度超过103 时,感温铁氧体失去铁磁性,由于弹簧的作用,按钮开关将恢复到如图所示的位置,切断加热电源。,1,2,如果用电饭锅烧水,水沸腾后,能否自动断电? 提示:不能。因为水沸腾后水
5、温保持100 不变,达不到感温铁氧体的“居里温度”,故不能自动断电,只有水烧干后,温度升高到 103 才能自动断电。 (4)光传感器的应用火灾报警器。 组成:如图为烟雾散射式火灾报警器的结构和原理示意图,它主要由发光二极管、光电三极管和不透明的挡板组成。,1,2,工作原理:利用烟雾对光的散射来工作的。平时光电三极管收不到LED发出的光,呈现高电阻状态,烟雾进入罩内后对光有散射作用,使部分光线照射到光电三极管上,其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化,就会发出警报。,1,2,1.如何分析传感器的工作原理 传感器问题具有涉及的知识点多、综合性强、能力要求高等特点,而传感器的形式又多种多样,原
6、理较难理解。分析时,搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键。 (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。,1,2,(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的基础上,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,还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。,1,2,2.双金属片的工作原理 双金属片是一种温度传感器,它是日光灯、电熨斗中的重要
7、温控元件。双金属片由两种热膨胀系数不同的材料组成,如图甲所示,在常温下两种金属片的长度相等。当温度升高时,上层长度大于下层长度,双金属片向下弯曲(图乙)。,1,2,例如,日光灯启动器中的U形动触片就是由双金属片制成的,如图所示。通常,动、静触片间不接触,有一小缝隙,双金属片受热时,两层金属膨胀的程度不同,内层的膨胀多些,会使U形动触片稍稍伸开一些,而与静触片接触。当双金属片不再受热时,U形动触片冷却收缩,两个触片分离。双金属片就是温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。,类型一 力传感器的应用 【例题1】 下图是一种测量血压的压力传感器工作时的示意图。薄金属片P固定有4个可以形变的电阻R
8、1、R2、R3、R4,如图乙。图甲是它的侧面图,这4个电阻连成的电路如图丙所示,试回答下列问题:,类型一,类型二,类型三,(1)开始时金属片中央O点未加任何压力,欲使电压表无示数,则4个电阻应满足怎样的关系? (2)当O点加一个压力F后发生形变,这时4个电阻也随之发生形变,形变后各电阻阻值大小如何变化?,类型一,类型二,类型三,点拨:电压表无示数也就是A、B两点等电势,即R1与R2的分压情况和R3与R4的分压情况完全相同。 解析:(1)本问题是求电路A、B两点的电压与4个电阻的关系,由于电压表的电阻可以看作无穷大,因此本电路是R1与R2串联,R3与R4串联,然后它们再并联,设上面部分电流为I上
9、,下面部分电流为I下,要使A点电势等于B点电势,则应有电阻R1上的电压等于R3上的电压,电阻R2上的电压等于电阻R4上的电压,即I上R1=I下R3 I上R2=I下R4,(2)当O点加垂直于金属片的压力后,金属片发生形变,由于电阻是固定在金属片上的,因此R1、R4被拉长,R2、R3被拉宽,即R1、R4增大,R2、R3减小,这时A、B两点电势不再相等。,类型一,类型二,类型三,答案:(2)R1、R4增大;R2、R3减小,题后反思分析传感器类问题,一要注意传感器感受到的是什么物理量,二要注意敏感元件输出哪种电信号。 触类旁通例题1中,电阻变化后,电路的A、B两点哪点电势高? 答案:A点,类型一,类型
10、二,类型三,类型二 温度传感器的应用 【例题2】 如图所示,电熨斗内装有双金属片温度传感器,其作用是控制电路的通断。常温下图中上下触点是 (选填“接触”或“分离”)的,当温度升高时,双金属片 (选填“上层”或“下层”)膨胀比另一层大。若需要设定更高的温度,则应该向 (选填“上”或“下”)调节升降螺钉。,类型一,类型二,类型三,点拨:熟知电熨斗的结构,明确电熨斗的工作原理是处理此类问题的关键。 解析:常温下,上下触点应当是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上层金属膨胀大,下层金属膨胀小,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
11、通电路加热。这样循环进行,起到自动控制温度的作用。若要设定不同的温度,需通过调温旋钮调节升降螺钉,带动弹性铜片升降,达到设定临界温度的目的,若需要设定更高的温度,应向下调节升降螺钉。 答案:接触 上层 下,类型一,类型二,类型三,题后反思电熨斗工作原理的两个易错点: (1)不清楚双金属片的工作原理导致出错。 应明确双金属片受热膨胀弯曲,切断电源电路,停止加热;冷却后双金属片复原接通电路,开始加热。 (2)不清楚调温旋钮作用导致出错。 应明确旋动旋钮使升降螺钉下移是将电熨斗温度设置成高温。,类型一,类型二,类型三,类型三 光传感器的应用 【例题3】 如图所示,电源两端的电压恒定,L为灯泡,R为光
12、敏电阻,D为发光二极管(电流越大,发光越强),且R与D距离不变,下列说法中正确的是( )A.当滑片向左移动时,灯泡L消耗的功率增大 B.当滑片向左移动时,灯泡L消耗的功率减小 C.当滑片向右移动时,灯泡L消耗的功率可能不变 D.无论怎样移动滑片,灯泡L消耗的功率不变,类型一,类型二,类型三,点拨:由滑片的移动方向可判断出流过二极管电流的变化情况(即二极管发光强弱的变化情况),进而判断出光敏电阻R的变化情况,最后,根据串联电路的有关知识分析灯泡L消耗功率的变化情况。 解析:电源电压恒定,也就是说,当滑片向左移动时,发光二极管发光变强,光敏电阻的电阻变小,所以灯泡所在支路电流变大,灯泡L消耗的功率变大。 答案:A 题后反思处理含光传感器问题的思路: (1)明确光敏电阻的阻值大小与光照有无、强度大小之间的关系。 (2)认清电路的结构。 (3)灵活利用闭合电路欧姆定律列式判断。,
