传感器的简单应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,传感器的,简单应用,一、,传感器的含义,二、,常见的传感器元件,三、,传感器的简单应用,3,、,光电传感器,4,、,磁电传感器,026.,07-08,学年度徐州市六县一区摸底考试,1,010.,07-08,学年清华大学附中高考模拟试题,14,046.,南京市,2008,届第一次模拟考试,9,060.,徐州市,0708,学年度第三次质量检测,6,040.,江苏淮安市,0708,学年度第一次调查测试,9,006.,江苏南通,08,届第一次调研测试,8,033.,上海嘉定区,2007,学年上学期调研,6,036.,江苏泰州市,07,08,学年度第二学期期初联考,7,003.,南京师大物理之友电学综合,(,一,) 9,045.,南京市金陵中学,0708,学年一轮复习检测（一）,15,047.,08,年福建省毕业班质量检查,20,062.,北京市海淀区二模反馈题,18A,062.,北京市海淀区二模反馈题,18B,gk005.,2008,年高考江苏卷,2,gk008.,2008,年高考理综重庆卷,21,gk015.,2008,年高考理综四川延考区卷,22.,传感器的简单应用,一、传感器的含义,传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。,传感器,一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成,通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号,通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。,非电物理量,敏感元件,转换器件,转换电路,电学量,常见的传感器有：光学传感器、热学传感器、加速度传感器、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。,（,1,）光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，即光敏电阻值随光照增强而减小。光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。,二、常见的传感器元件：,（,2,）金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器。它能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,.,用半导体材料制成，其电阻随温度变化明显，温度升高电阻减小，如图,1,为某一热敏电阻温度特性曲线,.,热敏电阻的灵敏度较好。与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。,0,T,R,图,1,（,4,）电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。,（,5,）霍尔元件能够把磁感强度这个,磁学量转换为电压这个电学量,（,3,）热敏电阻：,三、传感器的简单应用,1,、力电传感器,力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及,ABS,防抱死制动系统等。,2,、热电传感器（温度传感器）,热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的升高减小（与金属热电阻的特性相反）的原理制成的,它能用把温度这个热学量转换为电压这个电学量。如各种家用电器,(,空调、冰箱、热水器、饮水机等,),的温度控制、火警报警器、恒温箱等。,3,、光电传感器,光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。,光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小的。光敏电阻能够把光强度这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。,自动冲水机、路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。,4,、磁电传感器,霍尔元件的应用,霍尔元件：如图,2,所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极,C,、,D,、,E,、,F,，就制成为一个霍尔元件。,霍尔电压：,其中,k,为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。一个霍尔元件的厚度,d,、比例系数,k,为定值，再保持,I,恒定，则电压,U,H,的变化就与,B,成正比，因此，霍尔元件又称磁敏元件,.,图,2,U,H,B,C,D,E,F,I,霍尔元件能够把磁感强度,(,磁学量,),转换为电压,(,电学量,),整理后得：,令,因为,n,为材料单位体积的带电粒子个数，,q,为,单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，,根据电流的微观解释,I,nqSv,，,设图中,CD,方向长度为,L,2,，则：,U,H,B,C,D,E,F,I,所以有：,外部磁场使运动的载流子受到洛仑兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向的电场；横向电场对电子施加与洛仑兹力相反的静电力，当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板两侧会形成稳定的电压,.,霍尔效应的原理：,026. 07-08,学年度徐州市六县一区摸底考试,1,1,用计算机辅助实验系统（,DIS,）,做验证牛顿第三定律的实验，如图所示是把两个测力探头的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，观察显示器屏幕上出现的结果。观察分析两个力传感器的相互作用随着时间变化的曲线，以下结论错误的是,( ),A,作用力与反作用力作用在同一物体上,B,作用力与反作用力同时存在，同时消失,C,作用力与反作用力大小相等,D,作用力与反作用力方向相反,A,F,t,010.07-08,学年清华大学附中高考模拟试题,14,14,传感器是把非电学量（如高度、温度、压力等）的变化转换成电学量变化的一种元件，它在自动控制中有着广泛的应用如图是一种测定液面高度的电容式传感器的示意图金属棒与导电液体构成一个电容器，将金属棒和导电液体分别与直流电源的两极相连接，从电容,C,和导电液与金属棒间的电压,U,的变化就能反映液面的升降情况，即,电源接通后，电容,C,减小，反映,h,减小,电源接通后，电容,C,减小，反映,h,增大,电源接通再断开后,电压,U,减小,反映,h,减小,电源接通再断开后,电压,U,减小,反映,h,增大,以上判断正确的是（,）,A,B,C,D,B,金属棒,电介质,导电液,电介质,h,046.,南京市,2008,届第一次模拟考试,9,O,9,利用传感器和计算机可以测量快速变化的力的瞬时值，如图所示是用这种方法获得的弹性细绳中拉力,F,随时间,t,变化的图线实验时，把小球举到悬点,O,处，然后放手让小球自由落下，由图线所提供的信息可以判断,( ),A,绳子的自然长度为,B,t,2,时刻小球的速度最大,C,t,1,时刻小球处在最低点,D,t,1,时刻到,t,2,时刻小球的速度先增大后减小,t,1,t,2,t,3,t,4,t,5,t,F,m,F,0,A D,060.,徐州市,0708,学年度第三次质量检测,6,6,下列说法正确的是,( ),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,楼道里的灯只有天黑时出现声音才亮，说明它的控制电路中只有声传感器,C,电子秤所使用的测力装置能将受到的压力大小的信息转化为电信号,D,光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量,C D,040.,江苏淮安市,0708,学年度第一次调查测试,9,9,压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图,(,a,),所示,将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球,小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图,(,b,),所示,下列判断正确的是,( ),A,从,t,1,到,t,2,时间内，小车做匀速直线运动,B,从,t,1,到,t,2,时间内，小车做加速度变大的直线运动,C,从,t,2,到,t,3,时间内，小车做匀速直线运动,D,从,t,2,到,t,3,时间内，小车做匀加速直线运动,A,E,R,压敏电阻,(,a,),t,I,O,t,1,(,b,),t,2,t,3,B D,006.,江苏南通,08,届第一次调研测试,8,8,下列说法正确的是,（,）,A,话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号,B,楼道里的灯只有天黑时出现声音才亮，说明它的控制电路中只有声传感器,C,光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量,D,电子秤所使用的测力装置是温度传感器,A C,033.,上海嘉定区,2007,学年上学期调研,6,6,、演示位移传感器的工作原理如图所示，物体,M,在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆,P,，,通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小,x,。,假设电压表是理想的，则下列说法正确的是（ ）,A,物体,M,运动时，电源内的电流会发生变化,B,物体,M,运动时，电压表的示数会发生变化,C,物体,M,不动时，电路中没有电流,D,物体,M,不动时，电压表没有示数,M,x,P,-x,V,（上海,03,年理综）,B,036.,江苏泰州市,07,08,学年度第二学期期初联考,7,7,如图是电熨斗的结构图，下列说法正确的是,( ),A,双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属,B,常温下，上下触点接触；温度过高时，双金,属片发生弯曲使上下触点分离,C,需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升,降螺丝下移并推动弹性铜片下移,D,双金属片温度传感器的,作用是控制电路的通断,绝缘支架,升降螺丝,弹性铜片,触点,双金属片,电热丝,金属底板,接电源,调温旋钮,B C D,003.,南京师大物理之友电学综合,(,一,) 9,氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化在如图甲所示的电路中,不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻,这样,电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系,观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标,.,有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导,(,即电阻的倒数,)-CO,浓度曲线，,如图乙所示在下列表示一氧化碳,浓度,c,与电压表示数,U,0,之间关系的,图象中正确的是,( ),V,保护电阻,氧化锡,传感器,R,0,R,甲,0,CO,浓度,电导,乙,0,U,0,c,U,0,c,U,0,c,0,U,0,c,A,C,D,B,0,0,D,解见下页,解：,一氧化碳浓度,c,增大，电导增大，电阻,R,传,减小，,U,0,增大,一氧化碳浓度,c,与电压表示数,U,0,之间关,系是正相关关系，但不是正比关系。,选项,D,正确。,045.,南京市金陵中学,0708,学年一轮复习检测（一）,15,15,（,16,分）有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆,ABO,、,压力传感器,R,（,一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表,G,（,其实质是电流表）。其中,AO,:,BO,=5,:,1,。,已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：,压力,F,/N,0,50,100,150,200,250,300,电阻,R,/,300,270,240,210,180,150,120,G,压力传感器,R,踏板,A,B,O,设踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为,4.68V,，,则：,（,1,）利用表中数据归纳出电阻,R,随压力,F,变化的函数关系式；,（,2,）该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘多少毫安处？,（,3,）如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为,20mA,，,这个人的体重是多少？,解析：,G,压力传感器,R,踏板,A,B,O,（,1,）由表中数据可归纳得出：,R,=300,0.6,F,(),（,2,）依题意可知，电子秤空载时压力传感器受到的压力为,0,由表可知,此时压力传感器的电阻,R,1,=300 ,电路中的电流为,所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的,15.6mA,处。,（,3,）当电流表刻度盘的读数为,I,2,=20,毫安时，压力传感器的电阻,由,R,=300,0.6,F,2,，,算得,F,2,=110N,，,再由,F,2,AO,=,G,BO,得,G,=550N,题目,047.08,年福建省毕业班质量检查,20,20,压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某实验小组在升降机水平地面上利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置。其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻、定值电阻,R,、,电流显示器、电源,E,连成电路，在压敏电阻上放置一个绝缘重物。,0,t,1,时间内升降机停在某一楼层处，,t,1,时刻升降机开始运动，从电流,显示器中得到电路中电流,i,随时,间,t,变化情况如图乙所示。,甲,电流显示器,升降器,绝缘重物,压敏电阻,R,则下列判断正确的是,( ),A,t,1,t,2,时间内绝缘重物处于超重状态,B,t,3,t,4,时间内绝缘重物处于失重状态,C,升降机开始时可能停在,10,楼，从,t,1,时刻开始，经向下加速、匀速、减速，最后停在,1,楼,D,升降机开始时可能停在,1,楼，,从,t,1,时刻开始，经向上加速、,匀速、减速，最后停在,10,楼,0,t,1,t,2,t,3,t,i,乙,t,4,解：,压力增大，,压敏电阻的,阻值减小，电流增大，,所以,t,1,t,2,时间内处于失重状态,(,加速下降或减速上升,),t,3,t,4,时间内处于超重状态（减速下降或加速上升）,所以,C,正确。,C,062.,北京市海淀区二模反馈题,18A,18A,将如图所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定,就可以对火车运动的加速度进行检测。闭合开关,S,，当系统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在,O,点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器,BC,的正中央，此时,电压表指针指在表盘刻度中央。当火车在水平方向有加速度时,小球在光滑绝缘杆上移动，滑片,P,随之在变阻器上移动，电压表指针发生偏转。,O,B,C,S,V,P,已知，当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏。,则,( ),A,电压表指针向左偏,说明火车可能在向右做加速运动,B,电压表指针向右偏,说明火车可能在向右做加速运动,C,电压表指针向左偏,说明火车可能在向右做减速运动,D,电压表指针向左偏,说明火车可能在向左做加速运动,O,B,C,S,V,P,A,062.,北京市海淀区二模反馈题,18B,18B,角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴,OO,转动时，元件,A,发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知,A,的质量为,m,，弹簧的劲度系数为,k,、自然长度为,l,，电源的电动势为,E,、内阻不计,.,滑动变阻器总长也为,l,电阻分布均匀,系统静止时,P,在,B,点,当系统以角速度,转动时,则,( ),A,电路中电流随角速度的增大而增大,B,电路中电流随角速度的减小而减小,C,弹簧的伸长量为,x,=,ml,/,（,km,2,),D,输出电压,U,与,的函数式为,U,=,Em,2,/,（,km,2,),输出电压,U,O,O,A,B,C,S,D,输出电压,U,O,O,A,B,C,S,解：,电路中电流跟滑动头的位置无关，即与角速度无关,A,、,B,均错。,弹簧的伸长量为,x,，由,C,错。,设滑动变阻器单位长度的电阻为,R,0,，,则输出电压,U,与,的函数式为,D,正确,gk005.2008,年高考江苏卷,2,2,、,2007,年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现,“巨磁电阻效应”基于巨,磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用在下列有关其它电阻应用的说法中错误的是,( ),A,热敏电阻可应用于温度测控装置中,B,光敏电阻是一种光电传感器,C,电阻丝可应用于电热设备中,D,电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用,D,解见下页,电阻丝通过电流会产生热效应，可应用于电热设备中，,C,说法正确；,解析：,考查基本物理常识。,热敏电阻的原理是通过已知某电阻的电阻值与温度的函数关系，测得该热敏电阻的值即可获取温度，从而应用于温度测控装置中，,A,说法正确；,光敏电阻是将光信号与电信号进行转换的传感器，,B,说法正确；,电阻对直流和交流均起到阻碍的作用，,D,说法错误。,gk008.2008,年高考理综重庆卷,21,21,、图,1,是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下,极板上所带电量,Q,将随待测物体的上下运动而变化，若,Q,随时间,t,的变化关系为,A,和,B,和,C,和,D,和,示，那么图,3,、图,4,中反映极板间场强大小,E,和物体速率,v,随,t,变化的图线可能是 （ ）,（,a,、,b,为大于零的常数）,其图象如图,2,所,固定极板,待测物体,图,1,U,Q,t,0,图,2,v,t,0,图,4,t,0,图,3,E,C,解见下页,解：,，所以错，正确,，所以错，正确,gk015.2008,年高考理综四川延考区卷,22.,22,（,12,分）图,1,中所示装置可以用来测量硬弹簧（即劲度系数较大的弹簧）的劲度系数,k,。电源的电动势为,E,，内阻可忽略不计：滑动变阻器全长为,l,，重力加速度为,g,，,V,为理想电压表。当木板上没有放重物时，滑动变阻器的触头位于图,1,中,a,点，此时电压表示数为零。在木板上放置质量为,m,的重物，滑动变阻器的触头随木板一起下移。由电压表的示数,U,及其它给定条件，可计算出弹簧的劲度系数,k,。,（,1,）写出,m,、,U,与,k,之间所满足的,关系式。,（,2,）已知,E,= 1.50V,，,l,= 12.0 cm,，,g,= 9.80 m/s,2,。测量结果如下表：,V,E,a,m,图,1,木板,弹簧,U/,V,m/,kg,10,8,6,4,2,0,0.20,0.40,0.60,0.80,1.00,m,（,kg,）,1.00,1.50,3.00,4.50,6.00,7.50,U,（,V,）,0.108,0.154,0.290,0.446,0.608,0.740,在图,2,中给出的坐标纸上利用表中数据描出,m,U,直线。,m,U,直线的斜率,为,kg/V,。,弹簧的劲度系数,k,=,N/m,。,（保留,3,位有效数字）,如图所示,10.1,1.2410,3,解见下页,解： （,1,）,由欧姆定律,由平衡条件,解得,（,2,） ,V,E,a,m,图,1,木板,弹簧,题目,