1、-1-第3节 大显身手的传感器-2-第3节 大显身手的传感器 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 DANGTANG JIANCE当堂检测 学习目标 思维脉络 1.了解传感器在洗衣机上的应用。2.了解传感器在自动门上的应用。3.了解传感器在指纹识别器、机器人上的应用。-3-第3节 大显身手的传感器 XINZHI DAOXUE新知导学 首 页 ZHONGNAN TANJIU重难探究 DANGTANG JIANCE当堂检测 1 2 3 4 1.洗衣机水位控制装置(1)组成:外筒和内筒、气室、传感器的膜盒。(2)工作原理:当洗衣机筒内的水位达到设定标准时
2、,气室内气体压强增大到使传感器的膜片向上凸起,凸起的膜片使动触点与静触点脱离,并与另外一个静触点接触,从而控制电路的通断。(3)作用:把力现象转化为电现象。-4-第3节 大显身手的传感器 XINZHI DAOXUE新知导学 首 页 ZHONGNAN TANJIU重难探究 DANGTANG JIANCE当堂检测 1 2 3 4 2.自动门(1)组成:红外线传感器。(2)工作原理:当有人走近自动门时,传感器接收到人体发出的红外线,产生电压输出信号;信号经过电路处理后,使定时器工作;由定时器构成的电路使继电器工作通电,自动门电动机转动,门自动打开;当人通过后几秒钟,定时器又使继电器断电,自动门电动机
3、反转,门自动关闭。-5-第3节 大显身手的传感器 XINZHI DAOXUE新知导学 首 页 ZHONGNAN TANJIU重难探究 DANGTANG JIANCE当堂检测 1 2 3 4 3.指纹识别器(1)组成:电容传感器。(2)工作原理:当用户的手指放在绝缘表面上时,皮肤就组成了电容器阵列极板的另一面。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同,使电容阵列中不同位置的电容器的电容值也不相同。通过读取这些电容的差异,就能够获取指纹信息。-6-第3节 大显身手的传感器 XINZHI DAOXUE新知导学 首 页 ZHONGNAN TANJIU重难探究 DANGTANG JIANCE当堂检测
4、1 2 3 4 4.传感器和机器人(1)机器人由机械系统、传感器系统、信息处理系统和控制系统组成。传感器在其中起着非常重要的作用,传感器系统就是机器人的感觉器官,可分为内部传感器和外部传感器。(2)外部传感器主要有:视觉传感器(摄像机)是机器人的“眼睛”;超声波传感器、语音识别装置等是机器人的“耳朵”;温度传感器相当于机器人的“皮肤”;压力传感器、温度传感器、位移传感器等使机器人有了“手感”;还有味觉、嗅觉传感器。(3)内部传感器主要有:角度传感器、关节传感器等。-7-第3节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG
5、 JIANCE当堂检测 探究一 探究二 探究一传感器的工作原理与应用实例 问题导引 当你走近某些写字楼、机场、豪华宾馆等大厅的入口时,大厅的大门会自动打开,进入大厅后,门又会自动关闭。你知道自动控制门是应用了哪种传感器吗?为什么?提示红外线传感器。人在白天和晚上均发出红外线,当人走近控制门时,传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制系统,实现自动开门。当人远离控制门时,传感器接收不到红外线,门会自动关闭。-8-第3节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 名师精讲 1.传感
6、器工作原理分析(1)注意传感器所感受到的是何种物理量。传感器所感受到的物理量有力、热、磁、光、声等。(2)传感器往往与电子元件一起构成电路,应认真分析传感器所在的电路结构,并注意各种敏感元件特性及各种常见电子元件的工作特点。(3)注意输出信号的转换。通过转换元件把敏感元件的输出转换成电学量信号,最后借助于转换电路把电学量信号转换为便于处理显示、记录或控制的量。-9-第3节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 2.常见传感器的应用实例(1)生活中的传感器:与温度控制相关的家用
7、电器:电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等,都用到温度传感器。红外线传感器:自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等。照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等。(2)农业生产中的传感器:湿度传感器:判断农田的水分蒸发情况,自动供水或停水。温度传感器和湿度传感器,可对上百个点进行温度和湿度监测。由于有了十分先进可靠的测试技术,有效地减少了霉变现象。-10-第3节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二(3)工业生产中的传感器:生产的自动
8、化和半自动化。用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统,代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作。各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态,以确保产品质量,提高效率和产量,节约原材料等。在数控机床中的位移测量装置,就是利用高精度位移传感器进行位移测量,从而实现对零部件的精密加工。(4)飞向太空的传感器:在航空、航天技术领域,传感器应用得较早,也应用得较多,在运载火箭、载人飞船中,都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用。这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用。在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器,如测量血压、心电图、体温等
9、。-11-第3节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 例题1 如图是电饭煲的电路图,S1是一个磁钢限温开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103)时,会自动断开,且不能自动闭合。S2是一个双金属片自动控温开关,当温度低于70 时,会自动闭合;温度高于80 时,会自动断开。红灯是加热指示灯,黄灯是保温指示灯,分流电阻R1=R2=500 ,加热电阻丝R3=50 ,两灯电阻不计。(1)分析电饭煲的工作原理。(2)计算加热和保温两种状态下,电饭煲消耗的电功率之比。-12-第3
10、节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 思路:解析:(1)电饭煲盛上食物后,接上电源,S2自动闭合,同时手动闭合S1,这时黄灯被短路不亮,红灯亮,电饭煲处于加热状态。加热到80 时,S2自动断开,S1仍闭合。水烧开后,温度升高至103 时,开关S1自动断开,这时饭已煮熟,黄灯亮,电饭煲处于保温状态。由于散热,待温度降至70 时,S2自动闭合,电饭煲重新加热;温度达到80 时,S2又自动断开,再次处于保温状态。-13-第3节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重
11、难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二(2)加热时电饭煲消耗的电功率 保温时电饭煲消耗的电功率 两式中从而有答案:(1)见解析(2)121 反思(1)明确所用敏感元件的特性;(2)注意串、并联电路的分析与计算。P1=2并P2=21+并R 并=232+3=50050500+50 =50011 12=1+并并=500+5001150011=121。-14-第3节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 变式训练1在
12、例题1中,如果不闭合开关S1,能将饭煮熟吗?为什么?解析:如果不闭合开关S1,开始S2总是闭合的,R1被短路,功率为P1,当温度上升到80 时,S2自动断开,功率降为P2,温度降低到70,S2自动闭合温度只能在7080 之间变化,不能把水烧开,不能煮熟饭。答案:不能;见解析。-15-第3节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 探究二传感器问题的处理方法 问题导引 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,因而设计了下面的光电自动制动安全电路,图中的A为车床
13、上的电动机;B为随电动机高速转动的工件;C为光源,它发出的光照到光敏电阻D上;E为电磁铁;F为衔铁;G为电源;H为弹簧。只要人手不小心靠近了工件,机器就自动停转,请简述其工作原理。提示当手在C、D间靠近工件时,遮挡住射向光敏电阻的光,光敏电阻的阻值迅速变大,电路中电流变小,使电磁铁磁性减弱从而放开衔铁,造成电动机断路,工件停转以保证安全。-16-第3节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 名师精讲 传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于测量的电学量的
14、一种装置。在处理实际问题时注意以下几点:1.如果涉及光敏电阻,必须明确光照情况怎样变化,从而判断出其阻值的变化。2.如果涉及热敏电阻,必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况,从而判断其阻值的变化。3.如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析。4.结合电路结构特点及局部阻值的变化,根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化。-17-第3节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 例题2 某学生为了测量一物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出
15、电压正比于受压面的压力(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一物体,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、滑动变阻器一个、干电池一个、开关及导线若干、待测物体(可置于力电转换器的受压面上)。请完成对该物体质量的测量。-18-第3节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二(1)设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,画出完整的测量
16、电路。(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。(3)请设想实验中可能会出现的一个问题。思路:传感器感受的物理量是压力传感器输出信号是电压确定输入、输出端电路结构-19-第3节 大显身手的传感器 ZHONGNAN TANJIU重难探究 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 DANGTANG JIANCE当堂检测 探究一 探究二 解析:(1)设计的电路图如图所示。(2)测量步骤与结果:调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零。将砝码放在转换器的受压面上,记下输出电压U0。将待测物体放在转换器的受压面上,记下输出电压U。则有 U0=km0g,U=kmg。由以上两式得(3)
17、可能出现的问题:待测物体的质量超过转换器的量程。答案:见解析。反思 本题是一个压力传感器设计问题,一定要把感受量和输出量分析清楚,并明确传感器所在的电路结构和执行机构的工作过程。m=0m0。-20-第3节 大显身手的传感器 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 1 2 3 4 51.下列器件中应用了光传感器的是()A.鼠标B.电饭锅 C.测温仪 D.电子秤 解析:鼠标器是利用的光传感器,选项A正确;电饭锅和测温仪是利用的温度传感器,选项B、C错误;电子秤是利用的压力传感器,选项D错误。答案:A-21-第3节
18、大显身手的传感器 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 1 2 3 4 52.指纹识别器在下列哪些方面可以得到广泛应用()A.乘坐客车购票时B.过公路收费处时 C.放学出校门口时 D.开银行保险柜时 解析:指纹识别用于对特定人的身份识别,在具有特殊要求的场合应用此项技术,选项A、B、C三项不需要严格的身份验证,所以不必使用这一技术。在打开银行的保险柜时,必须要有严格的身份认证,故选项D符合题意。答案:D-22-第3节 大显身手的传感器 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE
19、新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 1 2 3 4 53.机器人技术发展迅速,以下哪方面是现有的机器人不能很好地完成的()A.汽车工业中自动焊接领域 B.深水探险 C.艺术体操和与人对话 D.机械加工 解析:现有的机器人技术仅限于制造工艺、计算机技术和传感器技术,还很难达到类似人对肢体的控制能力,其动作精确但较僵硬,语音识别能力还很差,但在其他几个方面机器人都有较好表现。选项C符合题意。答案:C-23-第3节 大显身手的传感器 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 1 2 3 4 54.如图所示
20、是一火警报警器的部分电路示意图。其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器,值班室的显示器为电路中的电流表,a、b之间接报警器。当传感器R3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()A.I变大,U变大B.I变大,U变小 C.I变小,U变小D.I变小,U变大 解析:半导体热敏电阻,温度越高,电阻越小,干路电流就越大,由U=E-I总r知U将减小;由U1=I总R1知R1两端电压将增大,由U并=U-U1知U并减小,由知I将减小,故选项C正确。答案:C I=并2 -24-第3节 大显身手的传感器 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 Z
21、HONGNAN TANJIU重难探究 1 2 3 4 55.如图所示为一种加速度仪的示意图。质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧,电源的电动势为E,不计内阻,滑动变阻器的总阻值为R,有效长度为l,系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中,这时电压表指针恰好在刻度盘正中。求:(1)系统的加速度a(以向右为正)和电压表读数U的函数关系式。(2)将电压表刻度改为加速度刻度后,其刻度是均匀的还是不均匀的?为什么?(3)若电压表指针指在满刻度的位置,此时系统的加速度大小和方向如何?34-25-第3节 大显身手的传感器 DANGTANG JIANCE当堂检测 首 页 XINZHI DAOXUE新知导学 ZHONGNAN TANJIU重难探究 1 2 3 4 5解析:(1)当振子向左偏离中间位置x距离时,由牛顿第二定律得 2kx=ma 电压表的示数为 由以上两式解得(2)均匀。因为加速度a与电压表示数U是一次函数(线性)关系。(3)当滑动触头滑到最右端时,电压表最大示数Um=E,电压表指针指在满刻度的位置时,U=E 代入式解得 即加速度大小为,方向向左。答案:(1)a=(E-2U)(2)见解析(3)方向向左 U=2-Ea=(E-2U)。34 34 a=-2,2 2
