传感器的应用

传感器的应用

第二节：传感器的应用（一）学案 【学习目标】

（1）、了解传感器应用的一般模式；

（2）、理解电子秤、话筒、 电熨斗的工作原理。 （3）、会设计简单的有关传感器应用的控制电路。 （4）、通过实验结合物理学的知识，探究电子秤、话筒、电熨斗等的工作原理，从而了解力传感器、声传感器和温度传感器的一般应用，进一步总结出传感器应用的一般模式。 （5）、 通过实验激发的学习兴趣，培养动手能力，提高创新意识，提高物理理论知识与实际相结合的综合实践能力。

【学习重点】：各种传感器的应用原理及结构。 【学习难点】：各种传感器的应用原理及结构。 【学习方法】：探究实验 【学习过程】

问题1：光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？ 1、传感器应用的一般模式

阅读教材开头几段，然后合上书，在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。

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提 示：一般情况下，传感器产生的信号非常微弱，要想触发控制电路，此信号必须进一步放大才可以，所以需要放大电路，即放大器。

阅读教材并在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。

2、下面学习几个传感器应用的实例。 （1）．力传感器的应用——电子秤

师：阅读教材56页最后一段，思考并回答问题。 问题2：电子秤使用的测 力装置是什么？它是由什么元件组成的？

问题3：简述力传感器的工作原理。

问题4：应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？ （2）．声传感器的应用——话筒

阅读教材56页有关内容，思考并回答问题。 问题5：话筒的作用是什么？

问题6：说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。 问题7：说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？

问题8：驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？ 阅读教材，思考并回答问题。

指出：驻极体话筒利用了电介质的 现 象：将电介质放入电场中，在前后两个表面上会分别出现 与 的现象．某些

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电介质在电场中被极化后，去掉外加电场，仍然会长期保持被极化的状态，这种材料称为 ． 演示实验：

按照如图所示的连接驻极体话筒的工作电路，话筒的输出端经过隔直电容接到示波器。

对着话筒喊话，观察示波器的荧光屏上的波形，再用另外一人同样对话筒喊话，比较两次声音产生的波形有什么不一样。

上述过程，就是话筒将声音信号转换为电信号的过程。 观察实验现象。 结论：

（3）．温度传感器的应用——电熨斗

温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器控制温度的。

实验：取一个报废的日光灯启辉器，去掉外壳，敲碎氖泡的玻璃，可以看到一个U型的双金属片，双金属片的旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点，常温下触点是分离的，用火焰靠近金属片，可以看到双金属片的形状变化，与金属丝接触，熄灭火焰，双金属片逐渐恢复原状，两个触点分离。

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把这个启动器用到温控开关，可以控制小灯泡的 。 做实验，观察实验现象。

电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。

投影：电熨斗结构图（如图所示） 思考与讨论：

（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？

（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮实现的？

（4）、拓展：温度传感器的另一应用——电冰箱的温控装置

如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构，铜质的测温泡1，细管2和弹性金属膜盒3连成密封的系统，里面充有氯甲烷盒它的蒸汽，构成一个温度传感器，膜盒3为扁圆形，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接，盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀，测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。5、6分别是电路的动触点盒静触点，控制制冷压缩机的工作，拉簧7的两端分别连接到弹簧片4盒连杆9上。连杆9的下端是装在机箱上的轴。凸轮8是由设定温度的旋钮控制的，逆时针旋转 时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力。

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自动控温原理：如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构，铜制的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，构成了一个温度传感器，膜盒为扁圆形，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接，盒中气体 的压强增大时，盒体就会膨胀，测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作，拉簧7的两端分别连接到弹簧片和连杆9上，连杆9的下端装在机箱上的轴，凸轮8是由设定温度的旋钮控制的，逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力。当冷藏室里的温度升高时，1、2、3中的氯甲烷受热膨胀，弹性金属膜盒3的左端膨胀，推动弹簧片4向左转动，使5、6接触，控制的压缩机电路开始工作制冷，当温度下降到一定程度，氯甲烷受冷收缩，5、6又分开，制冷结束，直到下次温度升高再重复上述过程。 温度设定原理：将凸轮8逆时针旋转，凸轮将连杆9向右顶，使得弹簧7弹力增大，此时要将5、6触点接通，所需要的力就要大些，温度要高一些，即温控挡应低一些（例如1级），顺时针旋转凸轮8，控制的温度低一些，控温挡要高一些。 典型例题

例1.用如图所示的装置可以测 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

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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 ／s2）．

（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的示数为零．

例2 、如图5是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话 筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的（ ） （A）距离变化 （B）正对面积变化 （）介质变化 （D）电压变化

例3. .如图9所示是一种测量血压的压力传感器在工作

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时的示意图。薄金属片P固定有4个电阻R1、R2、R3、R4（如图10所示），左边是它的侧面图 这四个电阻连接成电路如图11所示，试回答下列问题：

（1）开始时金属片中央点未加任何压力，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，形变后各电阻大小如何变化？

（3）电阻变化后，电阻的A、B两点哪点电压高？它为什么能测量电压？

(提示：当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（由上图），因此R1、R4被拉长，R2、R3被拉宽。) 【学习小节】

本节课主要学习了以下几个问题： 力传感器的应用——

传感器的应用 声传感器的应用—— 温度传感器的应用——

力传感器是把力信号 转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用进行自动控制． 【学习心得】

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