1、3.3 传感器的应用【学习目标】（一）知识与技能1认识生产、生活与技术中的传感器；2知道传感器的应用领域是极其广泛的，它并不神秘；3传感器与计算机技术结合，可实现自动化和智能化。（二）过程与方法通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。（三）情感、态度与价值观在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。【学习重点】传感器的应用【知识要点】一温度传感器的应用电饭锅1电饭锅中的温度传感器主要元件是，它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但是上升到约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“
2、居里温度”或“居里点”。2感温铁氧体是用和混合烧制而成的。二温度传感器的应用测温仪1温度传感器可以把转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来。2测温仪中的测温元件可以是、等，还可以是等。三光传感器的应用鼠标器、火灾报警器1机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接受管，两个红外接受管就是两个。2有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。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。【典型例题】
3、例1电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由S2、R1和黄灯组成，工作（加热）部分；有发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点（103）时，自动断开，且不能自动复位，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到7080时，自动断开，低于70时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70，所以S2是（填断开或闭合）。接通电源并按下S1后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温度达到7080时，S2断开，当温度达到103时饭熟，S1断开，当温度降到70以下时，S2闭合，电饭煲处于保温
4、状态，由以上描述可知R2R3（填或或），若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象。 解析：R1、R2起的作用是限流，防止指示灯因电流过大而烧毁，S2是自动控温开关，当温度低于70时自动闭合，当温度高于7080时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2R3，由于开关S1必须当温度达到103时才自动断开，而水的沸点只有100，所以用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开例2如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为光源，B为光电接受器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上
5、齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接受并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是；小车的速度表达式为V；行程的表达式为S。 解析：小车的速度等于车轮的周长与单位时内车轮转动圈数的乘积，设车轮的半径为R，单位时间内车轮转动圈数为K，则有V2RK。若齿轮的齿数为P，则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数为P，已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为np。由于齿轮与车轮同轴相连，他们在单位时间内转动圈数相等，即knp由以上可得V2Rp。同理，设车轮转动的累计圈数为k，则有S2RK，且kNp所以S2RNp
6、。可见，要测出小车的速度和行程，除单位时间内的脉冲数n和累计脉冲数N外，还必须测出车轮半径R和齿轮的齿数【当堂反馈】1下列说法正确的是A金属导体的电阻率随温度增加而减小B半导体的电阻率随温度增加而增大C用半导体制成的热敏电阻，可以作为测温元件D用半导体制成的光敏电阻，可以起到开关的作用2下列说法不正确的是A话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号B电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断电子秤所使用的测力装置是力传感器热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量图5.3-43如图5.3-4所示，R 1为定值电阻，R 2为负温度系数
7、的热敏电阻（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻），L为小灯泡，当温度降低时AR 1两端的电压增大 B电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强 D小灯泡的亮度变弱Rt欧姆表图5.3-54如图5.3-5所示，将万用表的选择开关置于“欧姆档”，再将电表的两支表笔与NTC（负温度系数）热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精，表针将向（填“左”或“右”移动）；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向（填“左”或“右”移动）。触点0102030405060708090100200300400500R/t/衔铁热敏电阻E=6Vr=0电磁铁图5.3-6(a)(b)
8、5如图5.3-6所示为半导体材料做成的热敏电阻随温度变化的曲线，用热敏电阻和继电器做成温控电路。（1）简要分析温控电路的工作过程:_ _。(2)设继电器的线圈电阻为50，继电器线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合，左侧电源的电动势为6V，内阻可以不计，试问温度满足什么条件时，右侧的小灯泡会发光？6如图5.3-7甲为在10左右的环境中工作的某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1=2k，R2=1.5k，R3=4k，为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，当a、b端电压时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当时，电压鉴别器使S断开，停止加热。则恒温箱
9、内的温度约恒定在 。图5.3-7图5.3-87用如图5.3-8所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后。汽车静止时，传感器a、b在的示数均为 10 N（取g=10 ms2）。（1）若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向。（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数
10、为零。图5.3-98如图5.3-9所示，一条形磁铁置于水平转台上随转台一起作匀变速转动，一磁传感器位于转台边缘。从而可以获得传感器所在位置的磁感应强度随时间的变化曲线如图。图中横坐标为时间轴，读数为3秒/每格，纵坐标为磁感应强度。求：（1）请类比平均速度的定义方法，定义平均角速度，并求出转台在测量期间的平均角速度；（2）请类比加速度的定义方法，定义角加速度，并求出转台的角加速度。.现有热敏电阻、电路丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和若干导线.如图5.41 所示，试设计一个控温电路.要求温度低于某一温度时，电路丝自动通电供热，超过某一温度时，又自动断电，画出电路图说明工作原理。【参考答案】
11、.CD.CD.C（R 2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时，电阻R 2增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯 L电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故 C正确，其余各项均错）.解析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减少，指针应该向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减少，电流增大，指针向右偏。答案：左右.（1）温度升高，热敏电阻的阻值变小，继电器线圈中的电流增加。温度升高到一临界值t0时，继电器线圈中的电流将达到或超过继电器的动作电流时，继电器将吸合，右侧电路接通，小灯泡发光，当温度低于t
12、0时，继电器线圈中的电流小于动作电流，右侧电路断开，小灯泡不亮。（2）当tt0=50时，右侧小灯泡发光。.通过审题可知是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降。由电路分析可知，在R1、R2、R3给定的条件下，热敏电阻Rt的阻值决定了的正负。设电源负极的电势为零，则，其中U为电源的路端电压，令即，则可得，代入数据得=3 k，查表得对应的温度为25。.分析：传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小。解：（1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力 F1=14N，右侧弹簧对滑块的向左的
13、推力 F2=6.0 N滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有得4 m/s2a1与F1同方向，即向前（向右）（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得，a2=10m/s2，方向向左.解析：（1）由图象可知，在测量期间，取磁铁转动的最大周期数为7个周期，用时51s，故平均角速度为=14/t=14/51=0.86rad/s。（2）类比加速度的定义,角加速度为角速度的增量与所用时间的比值。测量期内，第一个周期开始到第七个周期开始的时间间隔为t=42s。第一个周期的时间为6s，角速度为1=2/6=1.05rad/s。第七个周期约为8s，2=2/8=0.79rad/s，角加速度为a=(2-1)/t=(0.79-1.05)/42=-0.0062rad/s2.解析：发热敏电阻R1与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路。（1）电路图如图所示。（2）工作过程，闭合S，当温度低于设计值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使它工作，K接通电炉丝加热，当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止加热，当温度低于设计值，又重复前述过程。【反思】收获疑问
