第3节 大显身手的传感器
A级 必备知识基础练
1. 小强用恒温箱进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制。经检查,恒温箱的控制器没有故障。参照图如图所示,下列对故障判断正确的是( )
A.只可能是热敏电阻出现故障
B.只可能是温度设定装置出现故障
C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D.可能是加热器出现故障
2.机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法正确的是( )
A.该机器人的“眼睛”利用了力传感器
B.该机器人的“眼睛”利用了视觉传感器
C.该机器人的“眼睛”利用了温度传感器
D.该机器人的“眼睛”利用了声音传感器
3.(多选)如图所示为电熨斗的结构图,下列关于电熨斗的说法正确的是( )
A.电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片,两片金属的膨胀系数相同
B.常温下,上、下触点是接触的,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.电熨斗中的双金属片是一种半导体材料
4.如图所示,图甲为温度在10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20 kΩ,R2=10 kΩ,R3=40 kΩ,RT为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab<0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝加热,使箱内温度升高;当Uab>0时,电压鉴别器会令开关S断开,停止加热,恒温箱内的温度恒定在 ℃。
5.传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热传感器,主要是应用半导体材料制成的热敏电阻。某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图。
(1)为了使温度过高时报警器铃响,c应接在 (选填“a”或“b”)处。
(2)若要使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向 (选填“左”或“右”)移动。
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时,无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作,且电路连接完好,各电路元件都能处于工作状态,则造成工作电路不能工作的原因可能是 。
B级 关键能力提升练
6.酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化,在如图所示的电路中,不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻,这样,显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r'的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是( )
A.U越大,表示c越大,c与U成正比
B.U越大,表示c越大,但是c与U不成正比
C.U越大,表示c越小,c与U成反比
D.U越大,表示c越小,但是c与U不成反比
7.如图所示为一种温度自动报警器的原理图,在水银温度计的顶端封入一段金属丝,以下说法正确的是( )
A.温度升高至74 ℃时,L1亮灯报警
B.温度升高至74 ℃时,L2亮灯报警
C.温度升高至78 ℃时,L1亮灯报警
D.温度升高至78 ℃时,L2亮灯报警
8.(多选)传感器是一种采集信息的重要器件,一种测定压力的电容式传感器如图所示,当待测压力F作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生形变,引起电容的变化,将电容式传感器、灵敏电流计和电源串接成如图所示的闭合电路。那么下列说法正确的是( )
A.当F向上压膜片电极时,电容将减小
B.若灵敏电流计有示数,则压力F发生了变化
C.若灵敏电流计有向右的电流通过,则压力F在增大
D.若灵敏电流计有向右的电流通过,则压力F在减小
9.采用风力发电给蓄电池充电,为路灯提供电能,是现代城市“亮化”工程的方向。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关,实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射光较强(如白天)时电阻几乎为0,照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭、黑天打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50 mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;当励磁线圈中电流小于50 mA时,3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
电磁开关内部结构图
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,画出电路原理图。
光敏电阻R1,符号
灯泡L,额定功率40 W,额定电压36 V,符号
保护电阻R2,符号
电磁开关,符号
蓄电池E,电压36 V,内阻很小;开关S,导线若干。
(2)回答下列问题:
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω,励磁线圈允许加的最大电压为 V,保护电阻R2的阻值范围为 Ω。
②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,接线柱3、4之间从断开变为接通。为此,电磁开关内部结构应如何改造 请结合本题中电磁开关内部结构图说明。
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。
10.电饭锅是应用温度传感器工作的,它的敏感元件是感温铁氧体,由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧制而成,其特点是常温下具有磁性,能够被磁铁吸引,温度达到103 ℃,失去磁性,这个温度叫居里温度,又称居里点。电饭锅的自动控制结构如图所示,根据以上信息回答:
(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮 手松开这个按钮是否会恢复到图示的状态 为什么
(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度
(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会有什么变化 这时电饭锅会自动地发生哪些动作
(4)如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电
第3节 大显身手的传感器
1.C 由恒温箱原理图可知,无论热敏电阻出现故障或温度设定出现故障,都会向控制器传递错误信息,导致控制器发出错误指令,C正确,A、B错误;若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而题中加热器一直加热才会使温度持续升高,D错误。
2.B 遇到障碍物会绕开,说明该机器人“眼睛”利用了视觉传感器,故选项B正确,A、C、D错误。
3.BC 电熨斗主要是利用双金属片的膨胀系数不同而自动控制温度的,选项A错误;常温下,上、下触点是接触的,温度过高时,双金属片发生弯曲使上、下触点分离,选项B正确;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,选项C正确;电熨斗中的双金属片是金属材料,选项D错误。
4.解析 设电路的路端电压为U,当Uab=0时,是电热丝加热的临界状态。此时R1=R3,解得RT=20kΩ,由题图乙知,当RT=20kΩ时,t=35℃。
答案 35
5.解析 (1)热敏电阻RT在温度升高时阻值变小,电路中电流变大,电磁铁磁性增强,把右侧衔铁吸引过来,与a接触,故c应接在a处。(2)为使启动报警的温度提高,则报警时热敏电阻RT阻值应更小,滑动变阻器的阻值应调大,即滑片应左移。(3)工作电路不能工作的原因可能是报警电路不能接通导致的。
答案 (1)a (2)左 (3)电源提供电压太小,导致电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大
6.B 传感器电阻r'的倒数与浓度c是正比关系,即=kc。电路中的电流为I=,电压表示数U=IR0=,可见电压与浓度的关系不是正比关系,但随浓度的增加而增加。故B正确。
7.D 当温度低于78℃时,线圈中没有电流,此时灯L1亮;当温度升高到78℃时,线圈中有电流,磁铁吸引衔铁,灯L2被接通,所以灯L2亮且报警,温度升高至74℃时,线圈中没有电流,只是灯L1亮,不会报警。故D正确。
8.BC 当F向上压膜片电极时,两电极之间的距离变小,使得电容变大,选项A错误;当灵敏电流计有示数时,说明电容式传感器正在进行充放电,而电容式传感器始终与电源相连,即电压不变,所以说明其电容在发生变化,一定是压力F发生了变化,选项B正确;由于电容式传感器固定电极接在电源的正极,灵敏电流计有向右的电流通过,则说明电流流向电容式传感器的固定电极,所以电容在变大,即间距在减小,力F在变大,选项C正确,D错误。
9.解析 (2)①Um=ImR=100×10-3×200V=20V,E=I(R2+R),其中50mA答案 (1)
(2)①20 160~520 ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开。③电磁起重机
10.解析 (1)煮饭时压下开关按钮,感温铁氧体与永磁体相吸结合在一起,触点相接,电路接通,开始加热。手松开后,由于锅内的温度低,感温铁氧体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到图示的状态。
(2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点。
(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会升高,当温度上升到居里温度时,感温铁氧体失去磁性,永磁铁与之分离,开关自动断开,且不能自动复位。
(4)如果用电饭锅烧水,水沸腾后水温保持100℃,不会再升高,故不能自动断电。
答案 见解析(共24张PPT)
第5章
第3节 大显身手的传感器
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A 级 必备知识基础练
1. 小强用恒温箱进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制。经检查,恒温箱的控制器没有故障。参照图如图所示,下列对故障判断正确的是( )
A.只可能是热敏电阻出现故障
B.只可能是温度设定装置出现故障
C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D.可能是加热器出现故障
C
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解析 由恒温箱原理图可知,无论热敏电阻出现故障或温度设定出现故障,都会向控制器传递错误信息,导致控制器发出错误指令,C正确,A、B错误;若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而题中加热器一直加热才会使温度持续升高,D错误。
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2.机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法正确的是( )
A.该机器人的“眼睛”利用了力传感器
B.该机器人的“眼睛”利用了视觉传感器
C.该机器人的“眼睛”利用了温度传感器
D.该机器人的“眼睛”利用了声音传感器
B
解析 遇到障碍物会绕开,说明该机器人“眼睛”利用了视觉传感器,故选项B正确,A、C、D错误。
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3.(多选)如图所示为电熨斗的结构图,下列关于电熨斗的说法正确的是
( )
A.电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片,两片金属的膨胀系数相同
B.常温下,上、下触点是接触的,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.电熨斗中的双金属片是一种半导体材料
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解析 电熨斗主要是利用双金属片的膨胀系数不同而自动控制温度的,选项A错误;常温下,上、下触点是接触的,温度过高时,双金属片发生弯曲使上、下触点分离,选项B正确;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,选项C正确;电熨斗中的双金属片是金属材料,选项D错误。
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4.如图所示,图甲为温度在10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20 kΩ,R2=10 kΩ,R3=40 kΩ,RT为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab<0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝加热,使箱内温度升高;当Uab>0时,电压鉴别器会令开关S断开,停止加热,恒温箱内的温度恒定在 ℃。
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解析 设电路的路端电压为U,当Uab=0时,是电热丝加热的临界状态。此时,
解得RT=20 kΩ,由题图乙知,当RT=20 kΩ时,t=35 ℃。
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5.传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热传感器,主要是应用半导体材料制成的热敏电阻。某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图。
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(1)为了使温度过高时报警器铃响,c应接在 (选填“a”或“b”)处。
(2)若要使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向 (选填“左”或“右”)移动。
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时,无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作,且电路连接完好,各电路元件都能处于工作状态,则造成工作电路不能工作的原因可能是____________________________ _____________________________________。
a
左
电源提供电压太小,导致电磁
铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大
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解析 (1)热敏电阻RT在温度升高时阻值变小,电路中电流变大,电磁铁磁性增强,把右侧衔铁吸引过来,与a接触,故c应接在a处。
(2)为使启动报警的温度提高,则报警时热敏电阻RT阻值应更小,滑动变阻器的阻值应调大,即滑片应左移。
(3)工作电路不能工作的原因可能是报警电路不能接通导致的。
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6.酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化,在如图所示的电路中,不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻,这样,显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r'的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是( )
A.U越大,表示c越大,c与U成正比
B.U越大,表示c越大,但是c与U不成正比
C.U越大,表示c越小,c与U成反比
D.U越大,表示c越小,但是c与U不成反比
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7.如图所示为一种温度自动报警器的原理图,在水银温度计的顶端封入一段金属丝,以下说法正确的是( )
A.温度升高至74 ℃时,L1亮灯报警
B.温度升高至74 ℃时,L2亮灯报警
C.温度升高至78 ℃时,L1亮灯报警
D.温度升高至78 ℃时,L2亮灯报警
D
解析 当温度低于78 ℃时,线圈中没有电流,此时灯L1亮;当温度升高到78 ℃时,线圈中有电流,磁铁吸引衔铁,灯L2被接通,所以灯L2亮且报警,温度升高至74 ℃时,线圈中没有电流,只是灯L1亮,不会报警。故D正确。
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8.(多选)传感器是一种采集信息的重要器件,一种测定压力的电容式传感器如图所示,当待测压力F作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生形变,引起电容的变化,将电容式传感器、灵敏电流计和电源串接成如图所示的闭合电路。那么下列说法正确的是( )
A.当F向上压膜片电极时,电容将减小
B.若灵敏电流计有示数,则压力F发生了变化
C.若灵敏电流计有向右的电流通过,则压力F在增大
D.若灵敏电流计有向右的电流通过,则压力F在减小
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解析 当F向上压膜片电极时,两电极之间的距离变小,使得电容变大,选项A错误;当灵敏电流计有示数时,说明电容式传感器正在进行充放电,而电容式传感器始终与电源相连,即电压不变,所以说明其电容在发生变化,一定是压力F发生了变化,选项B正确;由于电容式传感器固定电极接在电源的正极,灵敏电流计有向右的电流通过,则说明电流流向电容式传感器的固定电极,所以电容在变大,即间距在减小,力F在变大,选项C正确,D错误。
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9.采用风力发电给蓄电池充电,为路灯提供电能,是现代城市“亮化”工程的方向。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关,实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射光较强(如白天)时电阻几乎为0,照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭、黑天打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50 mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;当励磁线圈中电流小于50 mA时,3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
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(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,画出电路原理图。
蓄电池E,电压36 V,内阻很小;开关S,导线若干。
电磁开关内部结构图
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(2)回答下列问题:
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω,励磁线圈允许加的最大电压为
V,保护电阻R2的阻值范围为 Ω。
②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,接线柱3、4之间从断开变为接通。为此,电磁开关内部结构应如何改造 请结合本题中电磁开关内部结构图说明。
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。
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解析 (2)①Um=ImR=100×10-3×200 V=20 V,E=I(R2+R),其中50 mA答案 (1)
(2)①20 160~520 ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开。③电磁起重机
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10.电饭锅是应用温度传感器工作的,它的敏感元件是感温铁氧体,由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧制而成,其特点是常温下具有磁性,能够被磁铁吸引,温度达到103 ℃,失去磁性,这个温度叫居里温度,又称居里点。电饭锅的自动控制结构如图所示,根据以上信息回答:
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(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮 手松开这个按钮是否会恢复到图示的状态 为什么
(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度
(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会有什么变化 这时电饭锅会自动地发生哪些动作
(4)如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电
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解析 (1)煮饭时压下开关按钮,感温铁氧体与永磁体相吸结合在一起,触点相接,电路接通,开始加热。手松开后,由于锅内的温度低,感温铁氧体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到图示的状态。
(2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点。
(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会升高,当温度上升到居里温度时,感温铁氧体失去磁性,永磁铁与之分离,开关自动断开,且不能自动复位。
(4)如果用电饭锅烧水,水沸腾后水温保持100 ℃,不会再升高,故不能自动断电。
答案 见解析
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10(共31张PPT)
第5章
第3节 大显身手的传感器
学习目标 思维导图
1.了解传感器应用的一般模式。(物理观念)
2.感受传感器技术给人类生活带来的便利,了解传感器应用的设计思路。(科学思维)
3.理解传感器在洗衣机水位控制、自动感应门、指纹识别器、机器人中的工作原理。(科学探究)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
学以致用·随堂检测全达标
基础落实·必备知识全过关
一、自动感应门
1.组成: 传感器。
2.工作原理:人体发出的 ,经红外感应器入射窗的滤光片后,聚焦到感应器的电子元件上。热电元件感知温度上升后,会因为热电效应释放电荷,使电路中的电阻、电流、电压等电学量发生变化。由此,红外传感器便把门前有无人的 信息转换成可识别的 信息了。
3.自动门工作流程
红外线
红外线
非电学
电学
想一想在电梯门口放置一障碍物,会发现电梯门不停地开关,这是由于在电梯门上装有什么传感器
提示 在电梯门口放置一障碍物,电梯门不停地开关,说明电梯门口有一个光传感器。
二、洗衣机水位控制
1.全自动洗衣机的水位控制装置中使用了 传感器。
2.组成:外筒和内筒、 、传感器的 。
3.工作原理:当洗衣机筒内的水位达到设定标准时,气体 增大,使传感器的膜片向上凸起,凸起的膜片使动触点与静触点脱离,并与另外一个静触点接触,从而接通 电路,关闭进水电磁阀门,同时接通洗涤电动机电源,开始洗涤衣物。
想一想洗衣机水位控制装置损坏可能导致哪些现象
压力
气室
膜盒
压强
控制
提示 洗衣机水位控制装置正常,才能正常加水,且加到合适的水位,若损坏可能导致一直不加水,或一直不停地加水或加足水后洗衣机仍然不洗衣。
三、指纹识别器
1.组成: 传感器。
2.工作原理:当用户的手指放在绝缘表面时,皮肤便组成了电容__________ 的另一面。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同,使电容阵列中不同位置的电容器的 也不相同。通过读取这些 的差异,就能够获取 信息。
想一想指纹识别器是怎样实现对指纹的识别
电容
阵列极板
电容值
电容
指纹
提示 指纹识别器的电容传感器输出电容变化这一电信号,经过电路对电信号的比较,实现对指纹的识别。
四、机器人
1.机器人传感器的分类
机器人传感器分为 传感器和 传感器。
2.传感器用途
(1)外部传感器用于感知外部 和外界事物对机器人的刺激,使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉,从而使机器人具有拟人化的特点。
(2)内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的 。
外部
内部
工作环境
状态
易错辨析 判一判
(1)全自动洗衣机水位控制装置应用了红外线传感器。( )
(2)指纹识别器应用了电容传感器。( )
(3)自动门应用了压力传感器。( )
(4)红外线传感器接收携带着信息的红外线,转换成电信号,从而得知辐射源的相关参数或信息。( )
×
提示 全自动洗衣机水位控制装置应用了压力传感器。
√
×
提示 自动门应用了红外线传感器。
√
即学即用 练一练
传感器的种类多种多样,其性能也各不相同。空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内使用的传感器是( )
A.生物传感器 B.红外传感器
C.温度传感器 D.压力传感器
C
解析 空调机根据温度调节工作状态,所以内部使用了温度传感器,故C正确。
重难探究·能力素养全提升
探究一 传感器与自动控制
情境探究
当人们走近和离开一些宾馆或商场的自动门时,门会自动开关,这就是传感器在起作用。
(1)传感器由哪几部分组成
(2)你所了解的敏感元件有哪些
要点提示 (1)传感器主要由敏感元件和转换元件组成。
(2)敏感元件有热敏元件、光敏元件、气敏元件、磁敏元件、力敏元件、温敏元件等。
知识归纳
1.洗衣机水位控制装置使用的压力传感器是一种开关型的传感器。当向内筒注水时,部分水进入气室,气室内压强增大,使传感器的膜片向上凸起,从而使动触点与下面的静触点分离,并与上面的静触点接触,从而接通控制电路,关闭进水电磁阀门,同时接通洗涤电动机电源,开始洗涤衣物。
2.自动门上的红外线传感器,也是一种开关型的传感器。人走近自动门传感器输出电压信号;信号经过处理后,使定时器工作;由定时器构成的电路使继电器通电,自动门电动机转动,门自动打开;当人通过自动门几秒钟后,自动门电动机反转,门自动关闭。
3.指纹识别器的电容传感器输出电容变化这一电信号,经过电路对电信号的比较,实现对指纹的识别。
闪光语录 涉及压力传感器应用问题,其基本原理是通过压力改变电阻,从而改变电路中的电流,通过电流表示数反映压力的大小。
应用体验
典例1 一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图如图所示。门打开时,红外光敏电阻R3受到红外线照射,电阻减小;门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验,灯的亮灭能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比( )
A.红灯亮,UR2变大
B.绿灯亮,UR2变大
C.绿灯亮,UR2变小
D.红灯亮,UR2变小
D
解析 门打开时R3减小,导致R总减小和I总增加,Ur和UR1变大,UR2=E-(UR1+Ur)减小, 增加,电磁继电器磁性增强把衔铁拉下,红灯亮,绿灯灭,选项A、B、C错误,选项D正确。
规律方法 传感器与自动控制问题
利用传感器中的敏感元件与电路结合分析,要把握两点:(1)明确组成传感器的敏感元件的特性。(2)注意电路的结构及串、并联的分析计算方法。
针对训练1
测量汽车质量的地磅示意图如图所示,汽车的质量可通过电流表的示数读出,下列说法正确的是( )
A.电流表的示数越大说明被测汽车质量越大
B.电流表的示数越大说明被测汽车质量越小
C.把图中的电流表换成电压表同样能测量汽
车的质量
D.地磅的最大量程只由弹簧的劲度系数决定,与电路的有关参数无关
A
解析 汽车质量越大,弹簧受到的压力就越大,P点越向下,连入电路的电阻就越小,所以电流表的示数就越大,故A正确,B错误;如果换成电压表,因为电压表的内阻较大,所以滑动变阻器的阻值发生变化时,电压表的示数变化范围较小,不能准确地测量,故C错误;因为通过滑动变阻器的阻值变化,将力信号转换成了电信号,所以D错误。
探究二 传感器系统在机器人中的作用
情境探究
机器人是自动控制机器的俗称,自动控制机器包括一切模拟人类行为或模拟其他生物的机械(如机器狗、机器猫等)。在当代工业中,机器人指能自动执行任务的人造机器装置,用以取代或协助人类工作。理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物,目前科学界正在向此方向研究开发。
机器人安装的传感器和人类感官有怎样的相对应关系
要点提示 视觉传感器——视觉;超声波传感器和语音识别装置——听觉;嗅觉传感器——嗅觉;味觉传感器——味觉;压力、温度、位移传感器——触觉。
知识归纳
传感器系统在机器人中起着非常重要的作用,是机器人的感觉器官,可以分为外部传感器和内部传感器。
(1)外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。外部传感器包括视觉传感器(相当于眼睛),超声波传感器和语音识别装置(相当于耳朵),温度传感器(相当于皮肤),压力传感器、位移传感器和温度传感器(相当于手),嗅觉、味觉传感器等。
(2)内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。
闪光语录 机器人主要包括三个部分:环境信息采集部分(相当于人的感觉器官)、环境识别和动作控制部分(相当于人的大脑)、动作部分(相当于人的手、脚等)。
应用体验
典例2 (多选)下列传感器中机器人能应用到的传感器是( )
A.视觉传感器
B.位移传感器
C.压力传感器
D.语言识别装置
ABCD
解析 视觉传感器相当于机器人的“眼睛”,压力传感器、位移传感器使机器人有了“感觉”,语言识别装置相当于机器人的“耳朵”,故选A、B、C、D。
规律方法 传感器与机器人感觉对应表
感觉 所用传感器 效果 当前发展水平
视觉 视觉传感器(摄像机) 使机器人拥有人眼的视觉功能 离自然人的视觉水平相差甚远
听觉 超声波传感器、语音识别装置 使机器人拥有类似人耳的听觉功能 能理解一些简单的语句,不能真正实现人机对话
嗅觉 嗅觉传感器 使机器人拥有类似人鼻的功能 只能识别有限的几种气体,一般机器人没有嗅觉
触觉 压力传感器、温度传感器、位移传感器 使机器人拥有类似人的皮肤和手的功能 发展水平较高,虽不如人的感觉敏锐,但能完成大部分要求
针对训练2
现代生活离不开智能手机,手机有很多功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵接听电话时,手机会自动关闭屏幕从而达到防误触的目的,实现这一功能可能用到的传感器为( )
A.光传感器和位移传感器
B.磁传感器和温度传感器
C.磁传感器和声传感器
D.压力传感器和加速度传感器
A
解析 当人将手机靠近耳朵接听电话时,手机与耳朵之间的距离变短,并且耳朵会挡住光线,所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器,故选A。
学以致用·随堂检测全达标
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1.机器人技术发展迅速,以下哪方面是现有的机器人不能很好完成的( )
A.汽车工业中自动焊接领域
B.深水探险
C.艺术体操和与人对话
D.机械加工
C
解析 现有的机器人技术限于制造工艺、计算机技术和传感器技术,还很难达到人对肢体的控制能力,其动作精确但较僵硬,与人对话能力还很差,在其他几个方面机器人都有上佳表现,故选C。
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2.为了节约能源,合理适时地使用路灯,要求路灯昼熄夜亮,利用半导体的某种特性制成自动点亮熄灭的装置,实现了自动控制。这是利用半导体的
( )
A.压敏性 B.光敏性
C.热敏性 D.三种特性都利用了
B
解析 由题意可知,这一装置要对光敏感,能区分白天(光线强)与夜晚(光线暗),所以选B。虽然白天与夜晚温度也不相同,但温度除与昼夜有关外,还与季节有关,因此不能选C。灯亮灭与压力更无关系,A、D错误。
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3.电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器,压电薄膜在受压时两端产生电压,电压随压力变化而变化,压力越大电压越大,压力不变,电压一定。压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路。红灯亮时,如果汽车的前、后轮先后经过感应线,回路中会产生两个脉冲电流,如图乙所示,即视为“闯红灯”,电子眼自动拍照记录。则红灯亮时( )
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A.车轮停在感应线上时电阻R上有恒定电流
B.车轮经过感应线的过程中,电容器先放电后充电
C.车轮经过感应线的过程中,电阻R上的电流一直增大
D.汽车前轮刚越过感应线,又倒回到线内,会被电子眼拍照
答案 D
解析 汽车停在感应线上时,汽车对压电薄膜的压力不变,电压恒定,电路中没有电流,A错误;车轮经过感应线时,电容器先充电后放电,电流不会一直增大,B、C错误;汽车前轮两次经过感应线,产生两个脉冲电流,所以会被电子眼拍照,D正确。
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4.在机场、车站、码头等人员集散地都设有体温检测点,为什么测体温时一般不用水银温度计,而用红外线测温仪
答案 用水银温度计测温时间长,同时又容易引起交叉感染,用红外线测温仪测温速度快,也不需要与人体直接接触,避免了交叉感染,因此用红外线测温仪较好。
