传感器应用实例.

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,6.4 传感器的应用实例,实验1、光控开关,1、实验原理及知识准备,如图所示光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，,R,G,为光敏电阻，,R,1,的最大电阻为51 k，,R,2,为 330 k，试分析其工作原理,白天，光强度较大，光敏电阻,R,G电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，,R,G,的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端 A的电压上升到某个值（1.6V），输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的,1、要想在天更暗时路灯才会亮，应该把,R,1,的阻值调大些还是调小些？为什么？,应该把,R,1,的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值（如1.6V），就需要,R,G,的阻值达到更大，即天色更暗。,2、用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？,由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路,思考与讨论,如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内即为电磁继电器，D为动触点，E为静触点试分析电磁继电器的工作原理,当线圈 A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电路,试说明控制电路的工作原理。,天较亮时，光敏电阻,R,G,阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻,R,G电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，,R,G,阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭,学生分组实验,2温度报警器,上一节我们学习了火灾报警器，它是利用烟雾对光的散射作用，使火灾发出的光引起光敏电阻的阻值变化，从而达到报警的目的。既然发生火灾时，环境温度要升高，我们能不能用温度传感器来做成火灾报警器呢？,温度报警器的工作电路，如图所示：,试分析其工作原理。,常温下，调整,R,1,的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻,R,T,阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，,R,l,的阻值不同，则报警温度不同,怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？,要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小,R,1,的阻值，,R,1,阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。,？思考,例：现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干如图所示，试设计一个温控电路要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程,（1）电路图如图所示：热敏电阻,R,1,与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路,（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，停止供热当温度低于设计值，又重复前述过程,下图是电饭煲的电路图，S,1,是一个磁钢限温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103)时，会自动断开，且不能自动闭合S,2,是一个双金属片自动控温开关，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指示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻,R,1,R,2,500 ，加热电阻丝,R,3,50 ，两灯电阻不计,(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)如果不闭合开,关S,1,，能将饭煮熟吗？,解析：,(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S,2,自动闭合，同时手动闭合S,1,，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于加热状态加热到80时，S,2,自动断开，S,1,仍闭合水烧干后，温度升高至103时，开关S,1,自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态由于散热，待温度降至70时，S,2,自动闭合，电饭煲重新加热；温度达到80时，S,2,又自动断开，再次处于保温状态,(3)如果不闭合开关S,1,，开始S,2,总是闭合的，,R,1,被短路，功率为,P,1,，当温度上升到80时，S,2,自动断开，功率降为,P,2,，温度降低到70，S,2,自动闭合,温度只能在7080之间变化，不能把水烧开，故不能煮熟饭,例2.,惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。,加速度计,的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。,1.,设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度 （ ）,A.,方向向左，大小为 k S/m,B方向向右，大小为 k S/m,C方向向左，大小为 2k S/m,D. 方向向右，大小为 2k S/m,D,0,10,10,U,P,2.,若电位器（可变电阻）总长度为L，其电阻均匀，两端接在稳压电源U,0,上，当导弹以加速度a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输出一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出U与a 的函数关系式。,0,10,10,U,P,U,0,解,：a=2kS/m, S=ma/2k,U=U,0,R,x,/ R = U,0,S / L,=maU,0,/ 2kL,=mU,0,a / 2kLa,类型三,光传感器的应用,例3,如图所示为一实验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,为光电接收器，,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齿的间隙后变成脉冲光信号，被,B,接收并转换成电信号，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量和数据是,_,；小车速度的表达式为,v,_,；行程的表达式为,s,_.,这是一道以实际问题为背景的实验题，显然无法通过迁移课本实验中的方法来解决但是题目给出了装置图，该图及题文中的相关说明给我们一定提示，光束原来是连续的，是转动的齿轮使光束变为脉冲，因此脉冲情况必定与齿轮,(,或车轮,),的转动有关，也就与速度和行程有关,【规律总结】,本题的理论依据是最基本的匀速运动中的速度、时间与位移的关系及角速度与线速度的关系，关键是将测量量与运动速度、时间和行程关联起来,这类题目是物理知识在实际中的应用，要很好的解答就要善于知识的迁移，对此，我们要关注周围的事物，经常想一想它们工作的原理与物理知识的关系，扩大眼界，开阔思路,