高中创新设计物理教科选修第三章传感器.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,高中创新设计物理教科选修课件第三章传感器,1.,知道什么是传感器及其工作原理,.,2,.,掌握制作传感器的常用元件的特性及其应用,.,目标定位,二、敏感元件的原理,栏目索引,一、传感器,对点检测,自查自纠,一、传感器,知识梳理,1.,定义,把被测,的,，,按一定规律转换成与之对应,的,的,器件或装置,.,2.,结构,答案,敏感,处理,非电信息,电信息,(1),敏感元件：能直接感受非电信息，如压力、光照、温度、磁场、气体等，并将这些信息变换成易于测量的物理量，形成电信号,.,非电信息,传感器在现代信息技术与自动控制中有什么作用？,由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)、显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成.,元件，在自动控制中有着相当广泛的应用.,(对传感器的理解)如图6所示是变隙电感式压力传感器的结构图.,解析干簧管是感知磁场的元件，接入电路中相当于开关的作用，选C、D.,(热敏电阻的应用)(多选)图5是测试热敏电阻R的实验电路图，滑动变阻器已调节到某一适当的值.,小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化,把被测的 ，按一定规律转换成与之对应的 的器件或装置.,温度升高，热敏电阻的阻值减小,应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡,设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.,应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡,把被测的 ，按一定规律转换成与之对应的 的器件或装置.,答案传感器的作用是把非电学量(如光、声音、温度等)转化为电学量(如电压、电流等)，尤其是将电学量与计算机技术结合，可以方便地实现信息的采集、处理、输出的自动化和智能化，所以传感器在现代信息技术与自动控制中有极其重要的作用.,金属材料不可以制成传感器,例4关于干簧管，下列说法中正确的是(),因此，我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化.,当温度升高时，多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确.,答案,(2),处理电路：把微小,电信号,，,并,除去,，,使敏感元件输出,的,转变成,，,这类电路称为处理电路,.,3.,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,.,进行放大,电信号,便于显示、记录、处理和控制的电学量,(,如电压,、,电流和频率等,),干扰信号,4.,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,.,【,深度思考,】,传感器在现代信息技术与自动控制中有什么作用？,答案,传感器的作用是把非电学量,(,如光、声音、温度等,),转化为电学量,(,如电压、电流等,),，尤其是将电学量与计算机技术结合，可以方便地实现信息的采集、处理、输出的自动化和智能化，所以传感器在现代信息技术与自动控制中有极其重要的作用,.,答案,典例精析,例,1,如图,1,所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制,作的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距,膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属,板构成电容器的两极，在两极间加一电压,U,，人对着话筒,说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，声音信号被话筒转换为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的,(,),A,距离变化,B,正对面积变化,C,介质变化,D,电压变化,解析答案,图,1,解析,在声音信号转换为电信号过程中介电常数没变，正对面积未变振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转换为电信号，故,A,选项正确,答案,A,例,2,传感器是把非电学量,(,如速度、温度,、,压力,等,),的变化转换成电学量的变化的一,种,元件,，在自动控制中有着相当广泛的应用,.,有,一种测量人的体重的电子秤，其测量,部,分,的原理图如图,2,中的虚线框所示，它,主要,由,压力传感器,R,(,电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻,),、显示体重大小的仪表,A(,实质是理想的电流表,),组成,.,图,2,压力传感器表面能承受的最大压强为,1,10,7,Pa,，且已知压力传感器,R,的电阻与所受压力的关系如下表所示,.,设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为,4.8 V,，取,g,10 m/s,2,.,请回答：,压力,F,/N,0,250,500,750,1 000,1 250,1 500,电阻,R,/,300,270,240,210,180,150,120,(1),该秤零起点,(,即踏板空载时,),的刻度线应标在电流表刻度盘,_,A,处,.,解析答案,1.610,2,(2),如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示,数,为,20 mA,，则这个人的体重是,_,kg.,50,总结提升,解析答案,返回,总结提升,返回,传感器问题的分析思路,不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化,.,因此，我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化,.,二、敏感元件的原理,知识梳理,1.,原理,利用物理学中能直接感受到,的,转换,成易于测量的物理量，形成电信号,.,2.,敏感元件分类：,(1),物理类：基于力、热、光、电磁和声,等,.,(2),化学类：基于化学反应的原理,.,(3),生物类：基于酶,、,和,等,分子识别功能,.,非电信息,物理效应,抗体,激素,答案,3.,半导体热敏电阻的热敏特性：,热敏电阻的阻值随温度的升高,而,，,随温度的降低,而,，,根据它具有电阻随温度灵敏变化的特性，可以实现对温度的测量,.,4.,干簧管是一种能,感知,的,敏感元件,.,当,磁力,簧片,的弹力时，两者紧密地接触；当,磁力,簧片,的弹力时，,两者,.,因此，干簧管串联在电路中就成为一,个,.,减小,增大,磁场,大于,小于,分开,由磁场控制的开关,答案,应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡,对实验现象分析正确的有(),金属材料不可以制成传感器,当温度升高时，多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确.,把被测的 ，按一定规律转换成与之对应的 的器件或装置.,动圈式话筒是通电导体在磁场中受力，变化的电流通过线圈，产生变化的磁场，其作用是将声信号转换为电信号，所以B正确；,实验中观察到当温度升高时灯更亮.,然后向杯内加入热水，温度计的示数为60，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是(),分的原理图如图2中的虚线框所示，它主要,干簧管接入电路中相当于电阻的作用,把被测的 ，按一定规律转换成与之对应的 的器件或装置.,知道什么是传感器及其工作原理.,因此，我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化.,对点检测 自查自纠,传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，所以C错误；,例,3,在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用,，,典例精析,图,3,其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换,成电信号,的元件,.,某学习小组的同学在用多用电表,研究,热敏特性实验中，安装好如图,3,所示装置,.,向,杯内,加入冷水，温度计的示数为,20,，,多用电表选择,适当的倍率，读出热敏电阻的阻值,R,1,.,然后向杯内加入热水，温度计的示数为,60,，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是,(,),A,.,应选用电流挡，温度升高换用大量程测量,B.,应选用电流挡，温度升高换用小量程测量,C.,应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡,D.,应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡,解析答案,解析,多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能用电流表，,A,、,B,均错,；,当,温度升高时，多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，,C,错误，,D,正确,.,D,例,4,关于干簧管，下列说法中正确的是,(,),A.,干簧管接入电路中相当于电阻的作用,B.,干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的,C.,干簧管接入电路中相当于开关的作用,D.,干簧管能够感知磁场,解析,干簧管是感知磁场的元件，接入电路中,相当于,开关的作用，选,C,、,D.,CD,解析答案,返回,对点检测,自查自纠,1,2,3,4,解析答案,1.(,对传感器的理解,),关于传感器，下列说法正确的是,(,),A.,金属材料不可以制成传感器,B.,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,C.,传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的,D.,所有传感器的材料都是由半导体材料做成的,解析,金属材料也可以制成传感器，所以,A,错误,；,动,圈式话筒是通电导体在磁场中受力，变化的电流通过线圈，产生变化的磁场，其作用是将声信号转换为电信号，所以,B,正确,；,传感器,一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，所以,C,错误,；,传感器,材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，所以,D,错误,.,故选,B.,B,2.(,热敏电阻的应用,),如图,4,所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关,S,后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是变暗，发生这一现象的主要原因是,(,),A.,小灯泡的电阻发生了变化,B.,小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化,C.,电阻丝的电阻率随温度发生了变化,D.,电源的电压随温度发生了变化,1,2,3,4,解析答案,图,4,解析,电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增大，电路中电流减小，根据,P,I,2,R,知，小灯泡的实际功率减小，所以变暗,.,C,解析,当温度升高时，电路中的热敏电阻的阻值减小，由闭合电路欧姆定律可知：电路中的电流增大，导致灯泡变亮,.,1,2,3,4,3.(,热敏电阻的应用,)(,多选,),图,5,是测试热敏电阻,R,的实验电路图，滑动变阻器已调节到某一适当的值,.,实验中观察到当温度升高时灯更亮,.,对实验现象分析正确的有,(,),A.,温度升高，电路中的电流减小,B.,温度升高，电路中的电流增大,C.,温度升高，热敏电阻的阻值增大,D.,温度升高，热敏电阻的阻值减小,解析答案,图,5,BD,1,2,3,4,4.(,对传感器的理解,),如图,6,所示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,.,解析答案,返回,解析,当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力,F,的作用下产生与压力,F,大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动，从而使铁芯和衔铁之间的距离发生变化，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,图,6,本课结束,谢谢观看！,