5.3 大显身手的传感器 课件 (1)

课件47张PPT。第3节　大显身手的传感器目标导航
1.了解传感器应用的一般模式．
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．
3．理解传感器在洗衣机水温控制装置、自动门、指纹识别器、机器人中的工作原理. (重点＋难点)一、洗衣机水位控制装置
1.全自动洗衣机的水位控制装置使用了______传感器．
2.组成：外筒和内筒、____、传感器的_____.压力气室膜盒3.工作原理：当洗衣机筒内的水位达到设定标准时，气体______增大到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____电路的通断．压强控制想一想
1．压力传感器是将什么信号转变为电信号的？能否举另外一例？
提示：将压力信号转变为电信号，常见的还有电子秤．二、自动门
1.组成：________传感器．
2.工作原理：当有人走近自动门时，传感器接收到人体发出的______，产生电压输出信号；信号经过电路处理后，使定时器工作；由定时器构成的电路使________通电，自动门电动机转动，门自动打开；当人通过后几秒钟，定时器又使________断电，自动门电动机反转，门自动关闭．红外线红外线继电器继电器3.自动门工作流程想一想
2．红外线传感器的作用是什么？
提示：红外线传感器的作用是感受红外线，并将其转变成电信号．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上时，皮肤就组成了电容器__________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．电容阵列极板电容值电容指纹想一想
3．根据你的了解，你还能列举电容传感器的其他应用吗？
提示：自动干手机、电容式话筒等．四、传感器与机器人
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)_____传感器用于感知外部__________和外界事物对机器人的_____，使机器人拥有类似人的_____、______、触觉、嗅觉、味觉等感觉，从而使机器人具有拟人化的特点．外部内部外部工作环境刺激视觉听觉(2)____传感器(如角度传感器、___________等)，用于检测机器人的_____．
想一想
4．你知道机器人广泛应用于哪些领域吗？
提示：机器人广泛应用于汽车制造业、电子工业中各种自动化生产线以及在有害、恶劣的环境中工作．内部关节传感器状态要点一　压力传感器的应用
学案导引
1.压力传感器是如何将压力转变为电信号的？
2.在全自动洗衣机中是怎样实现水位自动控制的？1.组成：由金属梁和应变片组成．
2.工作原理：如图所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲,上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面的电阻变小．F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大．如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小，传感器把这两个电压的差值输出．外力越大，输出的电压差值也就越大，由电压差值的大小，即可得到外力F的大小．3.全自动洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器．图甲中1和2分别是洗衣机的外筒和内筒，3是气室，4是传感器的膜盒．气室下部与外筒连通，上部与软管、传感器的膜盒连通．向内筒中注水时，水通过内筒壁上的小孔流入外筒，部分水进入气室，气室内被密封的空气压强增大，使传感器的膜片向上凸起如图乙所示．当筒中水位到达设定的高度时，凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离,并与静触点c接触,从而接通控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源，开始洗涤衣物．自动洗衣机水位控制原理 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：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4.68 V，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20 mA，这个人的体重是多少？
【思路点拨】　压力传感器通过压力改变电阻，从而改变电路中的电流，通过电流表的读数反映压力的大小．【答案】　(1)R＝300－0.6F(R和F的单位分别为Ω和N)
(2)15.6 mA　(3)550 N变式训练
1.如图所示，利用传感器和计算机可以测量快速变化力的瞬时值，图乙是用这种方法获得的弹性绳中拉力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，忽略空气阻力．由图线所提供的信息，可以
判定(　　)A．t2时刻小球速度最大
B．t1时刻小球处在最低点
C．t3时刻小球处在悬点O处
D．t1至t2时刻小球速度先增大后减小解析：选D.0～t1过程，小球做自由落体，绳中拉力为0；t1～t2过程，t1时刻小球刚好把绳拉直，但F＝0，t2时刻拉力最大，说明小球已落至最低点，t1～t2过程中有某一时刻重力等于绳的拉力，此时小球速度最大，所以此过程中,小球速度先增大后减小；t2～t3过程,小球向上弹起，t3时刻回到绳刚被拉直的位置，在t3、t4间某时刻又回到释放点；之后重复以上过程．由分析可知，t1、t3时刻小球处在绳自然长度处，t2时刻在最低点，故D正确，A、B、C错误．要点二　传感器与自动控制
学案导引
1.工厂中是怎样实现自动控制的？
2.要想设计一个自动控制装置应该怎样做？1.在工厂里，自动化的生产流程随处可见.用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作．各种传感器使产生的自动运动保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料．传感器还广泛应用于生产的安全设施，用它监控关键部位，随时发现安全隐患．如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监测大桥或水坝的裂痕等安全隐患．
2.在自动控制系统中，检测是实现自动控制的首要环节，没有对被控对象进行精确检测就不可能实现精确控制．如数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器(如光栅传感器)进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．3.传感器在自动控制系统中有着广泛的应用，小到儿童玩具，大到宇宙飞船，传感器的身影随处可见，如果让我们来设计一个自动控制装置，应如何设计呢？
(1)要明确设计意图，弄清控制条件和相应的自动控制原理． 如图是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103 ℃)时，会自动断开．S2是一个自动控温开关，当温度低于70 ℃时,会自动闭合；温度高于80 ℃时，会自动断开．红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯．分流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，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)简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？【思路点拨】　弄懂原理，分清电路结构及各电阻电键的作用是解题的关键．
【精讲精析】　(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态．加热到80 ℃时，S2自动断开，S1仍闭合，温度升高到103 ℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．【答案】　见精讲精析变式训练
2.有一个自动控制装置电路如图所示，其中M是质量较大的一个金属块，将装置固定在一辆汽车上，汽车启动时，________灯亮，原理是________．汽车刹车时，________灯亮．解析：当汽车启动时，由于惯性，金属块M后移，接通电路，点亮绿灯；同理刹车时，金属块前移，点亮红灯．
答案：绿　惯性　红传感器与力、电的综合
[经典案例]　(12分)如图所示是一种悬球式加速度仪，它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度，金属球的质量为m，它系在金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在O点，AB是一根长为L的均匀电阻丝，其阻值为R，金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计，电阻丝的中心C焊接一根导线，从O点也引出一根导线,两线之间接入一个电压表V，(金属丝和导线电阻不计)．图中虚线OC与AB垂直，且OC＝h，电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中并使AB沿车前进的方向.列车静止时金属丝呈竖直状态，当列车加速或减速前进时，金属丝将偏离竖直方向，从电压表V的读数变化可以测出加速度的大小．当列车向右做匀加速直线运动时，试导出加速度a与电压表读数U′的关系式(用U′、U、L、h及重力加速度g等表示)．【思路点拨】　列车的加速度变化时，悬球的位置发生变化，从而使电压表的示数发生变化，根据闭合电路欧姆定律和牛顿第二定律求得a与U′的关系．微型传感器
微型传感器是由亚微米至亚毫米范围内的电子元件和机械元件制成的，将传感、处理、执行诸功能融为一体的微机电系统．微型传感器尺寸小，集成化程度高，功能强大．它使人类获取信息并进行相应控制的工作可深入到微米量级的空间中进行．利用微型传感器制成的无线肠胃检查药丸可以检查胃肠道，并将病理信息发送到人体外的仪器上，供医生准确地诊断疾病．如今，智能传感器和微型传感器已广泛应用于生活、生产、军事、科研等各个领域．例如,可以进入人体清除脑血栓的微型机器人，会让《西游记》中的孙悟空自叹不如；能深入敌营进行侦察破坏的机器苍蝇、机器蚂蚁,会让《封神演义》中的土行孙望尘莫及．