高中物理 6.2傳感器的應用（一）課件 新人教版選修3-2.ppt

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第二節(jié) 傳感器的應用（一）,第六章 傳感器,傳感器應用的一般模式：,,,,一.力電傳感器的應用——電子稱,閱讀教材，思考并回答問題：,（1）電子秤使用的測力裝置是什么？ 它是由什么元件組成的？,（2）簡述力傳感器的工作原理。,（3）應變片能夠把什么力學量轉(zhuǎn)化為什么電學量？,,,應變片能夠把物體形變這個力學量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學量,,,例1：（2003上?？碱}）演示位移傳感器的工作原理如圖示，物體M在導軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x。假設電壓表是理想的，則下列說法正確的是 ( ) A. 物體M運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化 B. 物體M運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化 C. 物體M不動時，電路中沒有電流 D. 物體M不動時，電壓表沒有示數(shù),B,,,例2:(1)慣性制導系統(tǒng)已廣泛應用于導彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計。加速度計的構造和原理的示意圖如圖示，沿導彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一個質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連。滑塊原來靜止，彈簧處于自然長度?；瑝K上有指針，可通過標尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進行制導。設某段時間內(nèi)導彈沿水平方向運動，指針向左偏離O點的距離為S，則這段時間內(nèi)導彈的加速度 （ ） A. 方向向左，大小為 k S/m B．方向向右，大小為 k S/m C．方向向左，大小為 2k S/m D. 方向向右，大小為 2k S/m,D,,,(2)若電位器（可變電阻）總長度為L，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當導彈以加速度a沿水平方向運動時，與滑塊連接的滑動片P產(chǎn)生位移，此時可輸出一個電信號U，作為導彈慣性制導系統(tǒng)的信息源，為控制導彈運動狀態(tài)輸入信息，試寫出U與a 的函數(shù)關系式。,解：a=2kS/m,∴ S=ma/2k,U=U0 Rx / R = U0 S / L,=maU0 / 2kL,=mU0 a / 2kL∝a,,,例3:可測量飛機、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度,其結構如圖所示。當系統(tǒng)繞軸OO′轉(zhuǎn)動時，元件A發(fā)生位移并輸出相應的電壓信號，成為飛機、衛(wèi)星等的制導系統(tǒng)的信息源。已知A的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長度為l，電源的電動勢為E、內(nèi)阻不計?；瑒幼冏杵骺傞L也為l ，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時P在B點，當系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動時，試寫出輸出電壓U與ω的函數(shù)式。,解：設彈簧伸長x , 則,kx=m ω2(l+x),∴ x= m ω2 l ／ ( k-m ω2 ),設滑動變阻器單位長度 的電阻為r1,U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l,∴ U= Em ω2 ／(k-m ω2),,,二. 聲傳感器的應用——話筒,（1）話筒的作用是什么？,（2）說明動圈式話筒的工作原理和工作過程。,閱讀教材并思考,聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號,膜片接收到聲波后引起振動，連接在膜片上的線圈隨著一起振動，線圈在永磁體的磁場里振動從而產(chǎn)生感應電流（電信號），感應電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個信號電流經(jīng)擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發(fā)出放大的聲音。,,,（3）說明電容式話筒的工作原理和工作過程。這種話筒的優(yōu)點是什么？,（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點？,利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電源充電．當聲波使膜片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓．優(yōu)點：保真度好。,駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜．優(yōu)點：體積小，重量輕，價格便宜，靈敏度高，工作電壓低。,,,例題4：（2003上海試題）唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。下列說法正確的是 ( ) A 該傳感器是根據(jù)電流的磁效應工作的 B 該傳感器是根據(jù)電磁感應原理工作的 C 膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變 D 膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應電動勢,B,,,,例題5：如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，導致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導致電容變化的原因可能是容器兩板間的（ ） （A）距離變化 （B）正對面積變化 （C）介質(zhì)變化 （D）電壓變化,A,,,三．溫度傳感器的應用——電熨斗,,,（1）常溫下，上、下觸點應是接觸的還是 分離的？當溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？ （2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設 定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實現(xiàn)的？,思考與討論：,,,本節(jié)課主要學習了以下幾個問題： 1、力傳感器的應用——電子秤 2、聲傳感器的應用——話筒 3、溫度傳感器的應用——電熨斗 力傳感器是把力信號轉(zhuǎn)換成電信號；聲傳感器是把聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，而溫度傳感器往往是用來進行自動控制.,小結：,,,一.力電傳感器的應用,力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學信號（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學信號（電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應用于社會生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導彈、飛機、潛艇和宇宙飛船上的慣性導航系統(tǒng)及ABS防抱死制動系統(tǒng)等。,1.測質(zhì)量,,2.測 力,3.測物體加（角）速度,4.測 位 移,聲電傳感器是指將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的一類傳感器，常見的電容式話筒和動圈式話筒都是聲電傳感器。,二. 聲傳感器的應用——話筒,,,三.熱電傳感器,,熱電傳感器是指將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號的一類傳感器，一般有兩類：一類是隨溫度變化引起傳感器中某個組件形狀的變化（如熱脹冷縮）達到轉(zhuǎn)換信號的目的；還有一類是隨溫度變化引起電阻的變化（如半導體材料中熱敏電阻隨溫度升高電阻減?。┻_到轉(zhuǎn)換信號的目的。,,