5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第二册）

5.3利用传感器制作简单的自动控制装置 基础导学 要点一、传感器应用的一般模式 要点二、力传感器的应用——电子秤 1．组成：电子秤使用的测力装置是 力传感器，常用的一种力传感器是由 金属粱 和 应变片 组成的． 敏感元件： 应变片 2．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，下表面应变片的电阻变小，F越大，弯曲形变 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 ． 3．作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量． 要点三、温度传感器的应用——电熨斗、电饭锅 1．电熨斗 (1)构造(如下图所示) 它主要由调温旋钮、升降螺丝、绝缘支架、触点、双金属片、弹性铜片、电热丝、金属底板等几部分组成． (2)敏感元件：双金属片 (3)工作原理：温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的 膨胀系数 不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断． 2．电饭锅 (1)构造(如图所示) (2)敏感元件：感温铁氧体 (3)工作原理：①居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到 约103℃ 时，失去铁磁性，这一温度称为“居里温度”． ②自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到 103℃ 时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开． 3．测温仪 (1)敏感元件 热敏电阻，金属热电阻，热电偶，红外线敏感元件等． (2)工作原理 敏感元件将 温度 转换成 电信号 ，由指针式仪表或数字式仪表显示出来． 要点四、光传感器的应用——火灾报警器 1．构造：带孔的罩子内装有发光 二极管 、光电三极管和不透明的 挡板 ． 2．工作原理：带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报． 3．常见的光传感器：光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管等. 要点突破 突破一：传感器问题分析 1．分析思路 物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤： (1)信息采集 (2)信息加工、放大、传输 (3)利用所获得的信息执行某种操作． 2．分析传感器问题要注意四点 (1)感受量分析 要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等． (2)输出信号分析 明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律． (3)电路结构分析 认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律． (4)执行机构工作分析 传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程． 突破二：在生产、生活中常见传感器的应用 1．生活中的传感器 (1)与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器． (2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等． (3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等． 2．农业生产中的传感器 (1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水． (2)温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测．由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象． 3．工业生产中的传感器 (1)生产的自动化和半自动化．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．各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等． (2)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工． 典例精析 题型一：力传感器的应用 例一．用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动时的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个压力传感器A和B.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量m＝2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器A、B上，其压力的大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．当弹簧作用在传感器上的力为压力时，示数为正；当弹簧作用在传感器上的力为拉力时，示数为负．