2 传感器的应用
[目标定位] 1.了解传感器在日常生产、生活中的应用.2.理解传感器在电子秤、电熨斗、电饭锅中的应用.3.理解光传感器在鼠标器和火灾报警器中的应用.
一、传感器的应用分析
1.传感器应用的一般模式
传感器→
放大转换
执行机构??
电路→?显示器?指针式电表、数字屏?
??计算机系统
2.传感器的工作原理分析
(1)检测量分析：明确传感器所检测的物理量，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.
(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.
二、传感器的应用实例
1.力传感器的应用——电子秤
(1)组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片. (2)工作原理：
(3)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.温度传感器的应用实例 (1)电熨斗
①构造(如图1所示)
图1
②敏感元件：双金属片.
③工作原理：温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的膨胀系数不同，双金属片发
生弯曲从而控制电路的通断. (2)电饭锅
①构造(如图2所示)
图2
②敏感元件：感温铁氧体 ③工作原理
(ⅰ)居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103_℃时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”.
(ⅱ)自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103_℃时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开. 3.光传感器的应用——火灾报警器
(1)组成及敏感元件：由带孔的罩子、发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成，敏感元件为光电三极管. (2)工作原理：
烟雾进入罩内后对光线散射?部分光线照射到光电三极管上?电阻变小? 与传感器连接的电路检测到其变化发出警报 深度思考
(1)用电熨斗熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度.它是如何利用调温旋钮来实现的？
(2)如果用电饭锅烧水会不会自动断电？
答案 (1)通过调温旋钮来调升降螺丝的高度来实现不同温度的设定.如需设定的温度较高，则应使升降螺丝下降；反之升高.
(2)如果用电饭锅烧水，在水沸腾后因为水温保持在100 ℃，故不能自动断电，只有水烧干后，温度升到103 ℃才能自动断电.
例1 关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是( ) A.应变片是由导体材料制成
B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小 C.传感器输出的是金属架上的电压 D.外力越大，输出的电压差值也越大
解析 应变片多用半导体材料制成，应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小，故选项A错，B对；传感器输出的是应变片上、下两表面的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也增大，故C错，D对. 答案 BD
例2 为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图3所示是原理图.轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计)，弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R0＝5 Ω，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25 Ω，电源输出电压恒为U＝3 V，理想电流表的量程为0～0.6 A.当拉环不受力时，滑片P处于a端.下列关于这个电路的说法正确的是(不计电源内阻)( )
图3
A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路
B.当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1 A C.当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处 D.当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处
解析 若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由闭合电路欧姆定律得，I＝
UR0＋R1
＝0.1 A，故B正确；拉力为400 N时，由F＝kΔx，则Δx＝4 cm，对应的电阻为RaP＝20 Ω，
UR1接入电路的电阻RPb＝5 Ω，由闭合电路欧姆定律得，I′＝＝0.3 A，故D错，C正
R0＋RPb确. 答案 ABC
力学传感器的分析方法：
?1?分析清楚力学传感器的工作原理，明确装置是如何将力这个非电学量转化为电学量是解决该类问题的关键.
?2?涉及电路计算时，注意欧姆定律及分压原理的应用.
例3 如图4是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃时，下列说法中正确的是( )
图4
A.常温下感温磁体具有较强的磁性
B.当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性较强
C.饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮会跳起 D.常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起 答案 ACD
例4 如图5所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103 ℃)时，会自动断开.S2是一个自动温控开关，当温度低于70 ℃时，会自动闭合；温度高于80 ℃时，会自动断开.红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯.分流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯的电阻不计.
图5
(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； (3)简要回答，如果不闭合开关S1能将饭煮熟吗？
解析 (1)接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，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；饭煮熟后，温度升高到103 ℃时，S1自动断开，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，如此循环.
U2U2
(2)加热时电饭煲消耗的电功率P1＝，保温时电饭煲消耗的电功率P2＝，两式中R并
R并R1＋R并
500
500＋
1112R2R3500×50500P1R1＋R并
＝＝ Ω＝ Ω，故＝＝＝. R2＋R3500＋5011P2P并5001
11
(3)如果不闭合S1，开始时S2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70 ℃～80 ℃之间
变化，不能将饭煮熟. 答案 见解析
例5 下列关于光传感器应用的有关说法中正确的是( ) A.火灾报警器是利用烟雾对光的反射来工作的
B.火灾报警器中的光电三极管平时收不到LED发出的光，呈现高电阻状态 C.机械式鼠标器的传感器是红外发射管
D.当鼠标器在桌面上移动时，红外接收管收到的是断续的红外线脉冲
解析 火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，平时光电三极管呈高电阻状态，即选项A错误，选项B正确；机械式鼠标器的两个红外接收管就是两个光传感器，它的作用就是把光信号(红外线脉冲)转换或电信号.故选项C错误，选项D正确. 答案 BD
光传感器的应用——鼠标器
(1)机械式鼠标器的内部组成如图6所示，包括滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管(光传感器).
图6
(2)工作原理：鼠标器移动时，滚球的运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计x、y两个方向的脉冲信息，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移.
1.(力传感器的应用)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图7甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是( )
高中物理 第六章 传感器 2 传感器的应用学案 新人教版选修3-2.doc
