高中物理 第3章 传感器 第1、2节 认识传感器、传感器的原理课件 粤教版选修3-2.ppt

第一节认识传感器第二节传感器的原理 1 多选 下列关于电能输送的说法正确的是 A 输送电能的基本要求是可靠 保质 经济B 减小输电导线上功率损失的唯一方法是采用高压输电C 减小输电导线上电压损失的唯一方法是增大输电线的横截面积D 实际输电时 要综合考虑各种因素 如输电功率大小 距离远近 技术和经济条件等 答案 AD 课前 自主学习 2 在远距离输电时 若输送的功率不变 使输出电压升高为原来的n倍 则输电线路上因电阻而产生的电能损失将变为原来的 答案 C 3 某山区小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压 它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压 然后通过高压输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器 经降压变压器降压后再输送至村寨中各用户 设变压器都是理想的 那么随着村寨中接入电路的用电器消耗的总功率的增加 则下列说法不正确的是 A 通过升压变压器初级线圈中的电流变大B 升压变压器次级线圈两端的电压变小C 高压输电线路上的电压损失变大D 降压变压器次级线圈两端的电压变小 答案 B 解析 总功率变大 初级线圈电压不变 故电流变大 次级线圈两端电压不变 A说法正确 B说法错误 高压线路电流变大 输送中电压损失U损 Ir变大 则降压原线圈电压变小 次线圈电压也随之变小 C D说法正确 故只有B不正确 一 传感器1 定义 测量和探究自然界各种 的检测元件 对应于被测量 能给出易于处理的 的变换器 2 作用 能将被测的 转换为各种易于测量的 参数 输出信号 非电学量 电信号 3 组成及原理 感觉器官 一定关系 电学量 电学量 电学量 4 分类 速度 温度 电容式 涡流式 热电式 电阻式 电感式 二 温度传感器的原理1 作用 将温度变化转换为 变化 通过测量传感器元件的电学量随温度变化来实现温度的测量 2 热敏电阻的特性 热敏电阻的阻值随温度的变化而变化 正温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而 负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而 3 应用 空调机 微波炉等 电学量 增大 减小 电饭煲 电热水器 三 光电传感器的工作原理1 应用 路灯光电开关电路和红外楼道照明开关电路 2 光敏电阻特性 光敏电阻的阻值随光照变强而 3 作用 将光学量变化转换为电学量变化 减小 下图中 水箱水位自动报警器是如何工作的 答案 正常生产时 水位较高 继电器中的线圈有电流通过 衔铁1被向下吸引 与触头2接触 B灯亮 水位下降到一定高度后 继电器中线圈没有电流通过了 则衔铁1与触头3接触 A灯亮 四 热敏 光敏电阻特性的探究1 研究热敏电阻的热敏特性 1 按照如下图所示将热敏电阻连入电路中 多用电表的两支表笔分别与热敏电阻的两端相连 烧杯中倒入少量冷水 2 将多用电表的选择开关置于欧姆挡 选择合适的倍率 并进行欧姆调零 3 待温度计示数稳定后 把测得的温度 电阻值填入表中 4 分几次向烧杯中倒入少量热水 测得几组温度 电阻值填入表中 5 在坐标纸上 描绘出热敏电阻的阻值R随温度t变化的Rt图线 6 结论 该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小 随温度的降低而增大 变化是不均匀的 2 研究光敏电阻的光敏特性 1 按照下图所示将光敏电阻连入电路中 多用电表的两支表笔分别与光敏电阻的两端相连 2 将多用电表的选择开关置于欧姆挡 选择合适的倍率 并进行欧姆调零 3 在正常的光照下 把测得的电阻值填入下表中 4 将手张开 放在光敏电阻的上方 上下移动手掌 观察阻值的变化 记录不同情况下的阻值 将测量结果填入下表中 5 结论 光敏电阻的阻值被光照射时发生变化 光照增强电阻变小 光照减弱电阻变大 如下图所示为乳牛的自动喂水器 当液面降低时 阀门在浮球的带动下打开 水自动流出来 试说明该装置是不是传感器 并简单叙述原因 答案 由于该装置没有把非电学信号转化为电学信号 所以严格来讲不属于传感器 乳牛自动喂水器 1 传感器的原理传感器感受的通常是非电学量 如压力 温度 位移 浓度 速度 酸碱度等 而它输出的大多是电学量 如电压 电流 电荷量等 这些输出信号是非常微弱的 一般要经过放大等处理后 再通过控制系统产生各种控制动作 2 传感器的分类目前对传感器尚无一个统一的分类方法 常用的分类方法有两个 课堂 优化整合 1 按输入量分类 如输入量分别为温度 压力 位移 速度 加速度等非电学量时 相应的传感器称为温度传感器 压力传感器 位移传感器 速度传感器 加速度传感器 2 按传感器的工作原理分类 可分为电阻传感器 电容传感器 电感传感器 电压传感器 霍尔传感器 光电传感器 光栅传感器等 3 在分析传感器时要明确 1 核心元件是什么 2 是怎样将非电学量转化为电学量的 3 是如何显示的或如何控制开关的 如图所示 为光敏电阻自动计数器的示意图 其中R1为光敏电阻 R2为定值电阻 此光电计数器的基本工作原理是 A 当有光照射R1时 信号处理系统获得高电压B 当有光照射R1时 信号处理系统获得低电压C 信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D 信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 例1 解析 光电计数器工作原理 当有物体挡住射到光敏电阻R1的光照时 R1电阻增大 电路中电流减小 R2两端电压降低 信号处理系统得到低电压 计数器每由高电压转到低电压 就计一个数 从而达到自动计数的目的 答案 AC 1 关于传感器 下列说法正确的是 A 所有传感器都是由半导体材料制成的B 金属材料也可以制成传感器C 传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D 水银温度计是一种传感器 答案 B 解析 大多数传感器是由半导体材料制成的 某些金属也可以制成传感器 如金属热电阻 故A错 B对 传感器将非电学量转换为电学量 因此传感器感知的应该是 非电信号 故C错 水银温度计能感受热学量 但不能把热学量转化为电学量 因此不是传感器 故D错 1 热敏电阻或金属热电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 它们有什么区别 从温度变化对导电性能的影响上来讲 温度升高 热敏电阻减小 金属热电阻增大 从化学稳定性上讲 金属热电阻的化学稳定性好 测温范围大 而热敏电阻的灵敏度较好 2 热敏电阻的用途十分广泛 主要应用于什么地方 1 利用电阻的温度特性来测量温度 控制温度和元件 器件 电路的温度补偿 2 利用非线性特性完成稳压 限幅 开关 过流保护作用 3 利用不同介质中热耗散特征的差异测量流量 流速 液面 热导 真空度等 4 利用热惯性作为时间延迟器 3 对于热敏电阻来讲 分为正温度系数电阻和负温度系数电阻 热敏电阻和金属热电阻分别属于哪种电阻 正温度系数电阻是指温度升高电阻增大的电阻 负温度系数电阻是指温度升高而电阻降低的电阻 金属热电阻属于正温度系数电阻 热敏电阻属于负温度系数电阻 如下图所示 R1为定值电阻 R2为负温度系数的热敏电阻 L为小灯泡 当温度降低时 A R1两端的电压增大B 电流表的示数增大C 小灯泡的亮度变强D 小灯泡的亮度变弱 例2 解析 R2与灯L并联后与R1串联 与电源构成闭合电路 当热敏电阻温度降低时 电阻R2增大 外电路电阻增大 电流表读数变小 灯L两端电压增大 灯泡亮度变强 R1两端电压减小 故C正确 其余各项均错 答案 C 题后反思负温度系数热敏电阻是指热敏电阻的阻值随温度的升高而减小的电阻 2 将万用表的选择开关置于 欧姆 挡 再将万用表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT 阻值随温度升高而降低 的两端相连 这时表针恰好指在刻度盘的正中间 若往R上擦一些酒精 表针将向 填 左 或 右 移动 若用吹风机将热风吹向电阻 表针将向 填 左 或 右 移动 答案 左右 解析 若往RT上擦一些酒精 由于酒精蒸发吸热 热敏电阻RT温度降低 电阻值增大 所以电流减小 指针应向左偏 用吹风机将热风吹向电阻 电阻RT温度升高 电阻值减小 电流增大 指针向右偏 1 可制成热敏电阻 把温度的变化转化为电信号 有的半导体 在温度升高时电阻减小得非常迅速 它能将温度变化转化成电信号 测量这种电信号 就能知道温度的变化情况 如自动防火报警器中就有这种热敏电阻 当温度升高到一定值 快接近物质的着火点 时 这种热敏电阻的电阻值迅速减小 使电路接通 从而使警铃发出警报 又如电子测温仪中的热敏电阻 能迅速地把人的体温转化为电信号 在显示屏上显示出人的体温 2 可制成光敏电阻 把光的变化转化为电信号 有的半导体 在光照下电阻大大减小 它能将光的变化迅速转化为电信号 在自动控制设备中有广泛的应用 如光电计数器就是利用光敏电阻自动计数的 3 在纯净的半导体材料中掺入微量的杂质 可以制成晶体二极管和晶体三极管 统称晶体管 晶体管 二极管 三极管 电阻 电容 电感线圈这四类电学元件组成了复杂 神秘 缤纷多彩的电子世界 从收录机 电视机 计算机 雷达 制导导弹到人造卫星的控制和回收都离不开它们 如下图是变隙电感式压力传感器的结构图 它由膜盒 铁芯 衔铁及线圈等组成 衔铁与膜盒的上端连在一起 根据变隙电感式压力传感器的结构图分析其工作原理 例3 解析 当压力进入膜盒时 膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移 于是衔铁也发生移动 从而使气隙发生变化 流过线圈的电流也发生相应的变化 电流表A的指示值反映了被测压力的大小 答案 见解析 题后反思压力传感器是最基本的传感器之一 非电学量电测系统一般由传感器 测量电路和显示记录三部分组成 变隙电感式传感器是将 力 的变化转变为 电流 测量的电测系统 然后送至指示器电流表 从而测得压力的大小 3 如下图所示 是一个测定液面高度的传感器 在导线芯的外面涂上一层绝缘物质 放在导电液体中 导线芯和导电液构成电容器的两极 把这两极接入外电路 当外电路中的电流变化说明电容值增大时 则导电液体的深度h变化情况为 A h增大B h减小C h不变D 无法确定 答案 A 解析 由题意知 导线芯和导电液体构成电容器的两极 类似于平行板电容器的两极 当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化 会引起电容的变化 与平行板电容器类比可得 导电液体深度h增大时 导线芯和导电液体正对面积增大 电容器的电容值变大