专题6.2 传感器的应用-2020届高中物理同步讲义 人教版(选修3-2)
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1、第六章 传感器第2节 传感器的应用一、力传感器的应用电子秤1组成常用的力传感器是由_和_组成的,应变片是一种敏感元件,现多用半导体制成。2工作原理(1)电子秤用的测力装置是_,由金属梁和应变片组成;(2)应变片能够把_这个力学量转换为_这个电学量。常温下两触点_,温度升高,两种金属膨胀性能不同,双金属片形状发生变化,使触点_。二、力传感器的应用电熨斗1电熨斗的结构2电熨斗的自动控温原理电熨斗内部装有双金属片温度传感器,常温下,上、下触点应是_,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀_,下部金属膨胀_,则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热。温度降低后,双金属片
2、_,重新接通电路加热。这样循环进行,起到自动控制温度的作用。三、温度传感器的应用电饭锅1磁性限温元件感温铁氧体(1)材料结构:是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的,是一种特殊的_,在电饭锅中与一块_组合构成磁钢限温器,实现限温控制。(2)特点:常温下具有铁磁性,能够被磁体吸引,但是温度上升到约_时,就失去铁磁性,不能被磁体吸引。这个温度在物理学中称为该材料的_或“居里点”。感温铁氧体具有限温准确,动作迅速等优点。2电饭锅工作原理电饭锅具有自动断电和保温功能,是因为它内部装有磁钢限温器和双金属片恒温器两个自动装置。 如图所示。(1)限温原理(自动断电)煮饭时,用手按下开关按钮,通过传动杠
3、杆推动永磁体向上与感温磁体(铁氧体)相互吸合,其吸力大于限温器中弹簧的弹力和永磁体的自身重力,所以永磁体不会落下,杠杆支架释放弹性金属片,使触点_,电路接通,电热板开始发热工作。在饭煮熟前,锅内有水,所以电饭锅的内胆温度不会超过100,感温磁体仍然具有磁性。继续加热,直到饭熟后,水份被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至_时感温磁体失去磁性,永磁体在自身重力及弹簧的弹力作用下被弹开,通过传动杆使触点分离,切断电源,从而停止加热。这样就起到限温作用。(2)保温原理当电饭锅的温度升高时,双金属片受热,使它向_的一面弯曲。弯曲时,它把两个触点_,于是电饭锅断电,温度下降。而当温度下降到一定程度时,双金
4、属片逐渐冷却_,两个触点重新闭合通电,如此反复,使电饭锅达到_效果,温度能够自动维持在705的范围。四、光传感器的应用火灾报警器1结构:烟雾式火灾报警器的实物如图甲所示,烟雾做上升运动,到达天花板底下,烟感报警器通过烟雾发现火灾,所以烟雾式火灾报警器安装在_上。如图乙所示,带孔的罩子内装有_、光电三极管和不透明的_。2原理:灾报警器是利用烟雾对光的_来工作的,平时,光电三极管收不到LED发出的光,呈现_状态,烟雾进入罩内后对光有散射作用,使部分光照射到光电三极管上,其电阻_,与传感器连接的电路检测出这种变化后,就会发出警报。自动冲水机、路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电
5、传感器的原理。五、传感器的应用金属梁 应变片 力传感器 物体形变 电压 分离 接触接触的 大 小 恢复原状软磁性材料 永久磁铁 103 “居里温度” 闭合 “居里点103 0C” 膨胀系数小 回复原状 闭合 保温天花板 发光二极管LED 挡板 散射 高电阻 变小传感器问题的三个分析1感受量分析明确传感器的敏感元件,分析输入信号及输出信号,以及输入、输出信号之间的关系。2电路结构分析分析传感器的电路结构,熟悉常见电子元件的工作特点,分析输入输出信号之间的关系。3执行机构工作分析传感器的应用包含非电学量向电学量转化的过程,还包含根据信息控制执行机构的过程。【例题】如图所示是一火警报警器的部分电路示
6、意图。其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器,电流表为值班室的显示器,a、b之间接报警器。传感器R2所在处出现火情时,通过显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是AI变大,U变大BI变大,U变小CI变小,U变大DI变小,U变小参考答案:D试题解析:R2处出现火情,温度升高,R2减小,路端电压减小,U减小,导致R2两端电压减小,通过R3的电流减小,I减小。1(2018甘肃省天水市第一中学高二开学测试)许多自动控制的电路中都安装有电磁铁。有关电磁铁,下列说法中正确的是A电磁铁的铁芯,可以用铜棒代替B电磁继电器中的磁体,可以使用永磁铁C电磁铁磁性的强弱只与电流的大小有关D电磁铁是根据电流的磁效
7、应制成的2关于电饭锅的说法正确的是A电饭锅中的温度传感器是氧化铁B铁氧体在常温下具有磁性,温度升至居里点时失去铁磁性C温度越过103 时,感温体磁性较强D用电饭锅煮饭时,温控开关自动断电后,它不能自动复位3(2018湖北省武汉市第六中学高二月考)下列关于生活中的物理现象,说法正确的是A电磁炉对于锅具材质要求不高,铁锅、铝锅或者陶瓷锅均可正常使用B灵敏电流表在运输时总要用导体把正负接线柱连起来是为了避免指针因剧烈摆动而损坏C利用霍尔元件能够把电压这个电学量转换为磁感应强度这个磁学量的特性,可以制出测磁感应强度大小的仪器D用家用电饭煲烧水,水沸腾后也可以自动进入保温状态4如图所示,截面为矩形的金属
8、导体,放在磁场中,当导体中通有电流时,导体的上下表面的电势有什么关系AUMUNBUMUNCUMUND无法判断5(2018上海市虹口区高三上学期期末质量抽查)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学设计了利用压敏电阻判断升降机运动状态的装置,如图所示,将压敏电阻固定在升降机底板上并接入电路,其上放置物块;合上电键后,在升降机运动过程的某一段时间内,发现电流表的示数I不变,且I大于升降机静止时电流表的示数I0,在这段时间内A升降机可能匀速上升B升降机一定在匀减速上升C升降机一定处于失重状态D升降机一定在匀加速上升6如图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
9、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7(2018北京市密云区高三期末)如图所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波,超声波经反射后返回,被测量仪接收,测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上,传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时,测量仪记录的时间间隔为t0,输出电压为U0,某同学站上测重台,
10、测量仪记录的时间间隔为t,输出电压为U,则该同学的身高和质量分别为A,B,C,D,8动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象,图甲是话筒原理图,图乙是录音机的录音、放音原理图,由图可知A话筒工作时磁铁不动,线圈振动而产生感生电流B录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流C录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场D录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场9(2018河南省实验中学高二期中)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,压力越大电压越大。压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路,
11、红灯亮时,如果汽车的前、后轮先后经过感应线,回路中产生两个脉冲电流,如图乙所示,即视为“闯红灯”,电子眼拍照。则红灯亮时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,电容器先充电后放电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,仍会被电子眼拍照10在家用电热灭蚊器中,电热部分主要元件是PTC元件,PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器,其电阻率随温度t的变化关系如图所示,由于这种特性,PTC元件具有发热、保温双重功能。对此,以下判断正确的是通电后,其电功率先增大,后减小通电后,其电功率先减小,后增大当其产生的热量与散发的热量相等
12、时,温度保持在t1不变当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1和t2之间的某一值不变ABCD11(2018江苏省启东中学、前黄中学、淮阴中学等七校高三阶段测试)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置,如图所示,将压敏电阻平放在升降机内,受压面朝上,在上面放一物体m,升降机静止时电流表示数为I0,如图甲所示。当升降机在其它不同的运动过程中,电流表的示数分别如图乙、丙、丁所示,则下列判断中正确的是A压敏电阻所受压力越大,电流表示数就越大B如图乙所示,升降机可能做加速度增大的变加速上升运动C如图丙所示,升降机内的物体处于超重状态D如图丁所示,
13、升降机内的物体处于失重状态12如图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路。其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子,由于家用交流电是单相的,启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场。在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件。这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器,电流流过PTC元件,元件发热,它的电阻率随温度升高而发生显著变化,当电动机转起来正常以后,PTC元件温度较高,电阻很大,启动绕组电流很小,以下判断正确的是A电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少B电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少C电冰箱启动后,启动绕组功率不变,运行绕组功率是变化的D电冰箱启动后,启动绕组功率是变化的,运行绕组功
14、率不变13(2018四川省广安市邻水第二中学高二期中)有一种测量人体重量的电子秤,其原理如图中虚线内所示,它主要由三部分构成:踏板、压力传感器R(是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(实质是理想电流表)。设踏板的质量可忽略不计,已知理想电流表的量程为3 A,电源电动势为12 V,内阻为2 ,电阻R随压力F变化的函数式为R=280.02F(F和R的单位分别是N和)。下列说法正确的是A该秤能测量的最大体重是1 300 NB该秤能测量的最大体重是1 400 NC该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处D该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流
15、表G刻度盘0.400 A处14如图所示是某一电饭煲的电路图。S1是一个手动限温开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点103 C时,开关会自动断开。S2是一个自动保温开关,当温度低于70 C时,会自动闭合;温度高于80 C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 ,加热电阻R3=50 ,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?15如图甲所示为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线,图乙为用此热敏电阻R和继电器设计的温控电路,设继电器的线
16、圈电阻为Rx50 ,当继电器线圈中的电流Ic大于或等于20 mA时,继电器的衔铁被吸合。左侧电源电动势为6 V,内阻可不计,温度满足什么条件时,电路右侧的小灯泡会发光?16(2018广东省佛山市髙中教学质量检测)国家有关酒驾的裁量标准如下:酒精检测仪是交警执法时通过呼气来检测司机饮酒多少的检测工具。现有一个酒精检测仪的主要原件“酒精气体传感器”,其阻值随气体酒精浓度变化的情况如下表。(1)请根据上表数据在右上图中描绘出“R气体酒精浓度”的关系曲线。(2)已知人体血液酒精浓度是所呼出气体酒精浓度的2 200倍。若测得某司机小明,经过气体酒精浓度测试,显示呼气酒精浓度为120 mg/m3,则司机小
17、明应该是属于_驾驶,此时R的阻值为_。(3)现有一个电源,电动势为4.5 V,内阻约为1 ;电压表V,量程为3 V,内阻约为2 000 ;电流表A,量程为3 A,内阻约为5 ;滑动变阻器R1,阻值050 ;滑动变阻器R2,阻值0500 ;开关、导线若干若要用以上器材和上述“酒精气体传感器”组成一个测定气体酒精浓度的电路。该电路只使用一个电表,且正常工作时,被测气体酒精浓度若为0,则电表指针满偏。且该电路可以在电源老化,内阻变大的情况下,通过调节变阻器,保证被测气体酒精浓度为0时,电表指针仍能满偏。则,该电路应选用的电表是_(填字母代号,下同),应选用的滑动变阻器是_。请在虚线框中完成设计电路图
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