课件16张PPT。第六章 传感器第2节 传感器的应用（一）1传感器应用的一般模式：一.力电传感器的应用——电子秤
阅读教材，思考并回答问题：（1）电子秤使用的测力装置是什么？
它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？ 应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量练习.关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是 （ ）
A.应变片是由多用半导体材料制成
B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小
C.传感器输出的是应变片上的电压
D.外力越大，输出的电压差值也越大A B D 例1（2003上海）演示位移传感器的工作原理如图示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是 ( )
A. 物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B. 物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C. 物体M不动时，电路中没有电流
D. 物体M不动时，电压表没有示数B例2:(1) 加速度计的构造和原理的示意图如图，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. 设某段时间内系统沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为S，则这段时间内系统的加速度 （ ）
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/mD(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U0上，当系统以加速度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，试写出U与a 的函数关系式。U=mU0 a / 2kL∝a例3：为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k）如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。
现有器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体的测量m。
（1）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，画出完整的测量电路图。
（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。
（3）请设想实验中可能会出现的一个问题。
解 （1）电路图如图所示，输入电压采用分压接法目的是让电压可调范围尽可能大。（2）测量步骤：①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。②将质量为m0的砝码放在转换器上，记下输出电压U0。③将待测物体放在转换器上，记下输出电压U1，由U0=km0g得k=U0/m0g，测得U1=kmg，所以m=m0U1/U0。 （3）可能出现的问题 ①因电源电压不够而输出电压
调不到零。②待测物体质量超出转换器量程。例题4：风力测定仪原理如图,P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，R0是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此时电路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度θ,细金属丝与电阻丝在C/点接触，已知风力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转θ角时，电流表的示数为I/，此时风力大小为F，试写出：①风力大小F与θ的关系式；②风力大小F与电流表示数I/ 的关系式。 ③此装置所测定的最大风力是多少？例5:可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴OO′转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l ，电阻分布均匀，系统静止时P在B点，当系统以角速度ω转动时，试写出输出电压U与ω的函数式。U= Em ω2 ／(k-m ω2) 例6、将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图所示，在箱的上顶板和下底板装有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动。当箱以a=2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的传感器显示的压力为6.0N，下底板的传感器显示的压力为10.0N。(取g=10 m/s2)
(1)若上顶板传感器的示数是下底板
传感器的示数的一半， 试判断箱的运
动情况。
(2)要使上顶板传感器的示数为零,箱
沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？向上做匀减速运动a向下a=2m/s2mg+F1-F=mam=0.5kg上顶板示数是下底板示数的1/2弹簧长度不变F=10N F2=5Nmg+F2-F=ma2a2=0静止或匀速运动上顶板示数为零，则弹簧变短，F≥10N F3=0F – mg = ma3a3 ≥ 10m/s2向上加速或向下减速，加速度a≥ 10m/s2。力电传感器的应用 力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。1.测质量2.测 力3.测物体加（角）速度4.测 位 移问题与练习P58(2)课件15张PPT。第六章 传感器第2节 传感器的应用（一）2二. 声传感器的应用——话筒 （1）话筒的作用是什么？ （2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。阅读教材并思考声音信号转化为电信号 膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．优点：保真度好。驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。声——电磁感应 —— 电流1、动圈式话筒------声传感器2、电容式话筒：声——电容变化——电流、电压3、驻极体话筒：声——电容变化——电流、电压三．温度传感器的应用——电熨斗 双金属片 铜的膨胀系数大于铁，当温度升高时，铜的膨胀程度要比铁的大，所以就要像铁的一侧弯曲。 思考与讨论P57例题：（2003上海）唱卡拉OK用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是 ( )
A 该传感器是根据电流的磁效应工作的
B 该传感器是根据电磁感应原理工作的
C 膜片振动时穿过金属线圈的磁通量不变
D 膜片振动时金属线圈中不会产生感应电动势B
例题：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，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，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的（ ）
（A）距离变化
（B）正对面积变化
（C）介质变化
（D）电压变化A日光灯的启动器也可看成是一个热敏传感装置，它的热敏功能器是双金属片，你能说出启动器的工作原理吗？解析：日光灯启动器结构如图所示，内有一双金属片，热膨胀系数不同。开关闭合后，启动器两极之间有电压使氖气放电而发出辉光，辉光发出的热量使U形动触片受热膨胀向外延伸，碰到静触片接触，电路接通；温度降低时，U动触片向里收缩，离开触点，切断电路。 如图所示是一种热敏电阻（PTC元件）的电阻R随温度t变化的关系图线，这种元件具有发热、控温双重功能．常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来加温并控制温度．如果将该元件接到220V恒定电压下，则
A．通电后，其电功率先增大后减小
B．通电后，其电功率先减小后增大
C．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1不变
D．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1 到t2之间的某一值不变AD问题与练习P58(1)(3)
