高中物理 第3章 传感器 第3节 传感器的应用学案 粤教版选修3-2-粤教版高中选修3-2物理学案VIP专享VIP免费

第三节传感器的应用[学习目标]1.列举传感器在日常生活中的应用.2.列举传感器在农业生产和工业生产中的应用.3.了解传感器在航空航天事业中的应用.4.理解常用传感器的工作原理，会分析常见传感器问题．(重点、难点)一、生活中的传感器1．温度传感器的应用电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度相关的家用电器．2．红外线控制器的应用自动门、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等．3．光敏传感器的应用：照相机中．4．压力传感器的应用：电子秤中．二、传感器在工、农业生产和航天中的应用1．农业生产中的传感器无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的帮助下实现的；现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器．2．工业生产中的传感器安全生产中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥和水坝的裂痕等安全隐患；在自动控制系统中，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)对位移测量，从而实现精密加工．3．飞向太空的传感器飞机保持一定飞行高度，当飞机高度变化时，大气数据计算机自动发出与给定高度的差值信号，并通过自动驾驶仪操纵升降舵，使飞机恢复给定高度；在运载火箭、载人飞船中，应用了传感器供遥测和遥控系统使用；对宇航员的各种生理状态的测量有生理传感器，如测量血压、心电图、体温等．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器．(√)(2)自动门利用了红外线传感器．(√)(3)指纹识别器是利用压力传感器．(×)(4)无人管理的自动灌溉系统，用到了温度传感器．(×)(5)位移测量装置用到了位移传感器．(√)2．电子秤使用的传感器是()A．超声波传感器B．温度传感器C．压力传感器D．红外线传感器C[电子秤通过感知物体对它的压力，将其转换为电信号，并由仪表显示，来测量物体质量，所以它感知的是压力，使用了压力传感器，故C选项正确．]3．类人型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”的说法中正确的是()A．是力传感器B．是光传感器C．是温度传感器D．是声音传感器B[遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B对，A、C、D错．]传感器的应用及工作原理分析1.常见压力传感器的敏感元件是金属应变片和半导体力敏电阻．2．半导体力敏电阻的阻值随压力的增大而减小，常将力敏电阻与电流计串联起来，压力变化，力敏电阻变化，电流变化，把力学量转换成电学量．3．分析传感器问题要注意的几个问题(1)检测量分析：要明确传感器所检测的量，如力、热、光、磁、声等．(2)敏感元件分析：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的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．【例1】加速度计是测定物体加速度的仪器．在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源．如图所示为应变式加速度计的示意图．当系统加速时，加速计中的敏感元件也处于加速状态．敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件的下端可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移并转换为电信号输出．已知敏感元件的质量为m，两侧弹簧的劲度系数均为k，电源电动势为E，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R，有效长度为l，静态时输出电压为U0，试推导加速度a与输出电压U的关系式．[解析]设静态时滑动变阻器的滑片距左端为x，则敏感元件的输出电压为U0＝·x＝x①再设系统向左加速时滑片右移Δx，则敏感元件的动力学方程为2kΔx＝ma②此时敏感元件的输出电压为U＝·(x＋Δx)＝(x＋Δx)③联立①②③三式可得a＝若U>U0，系统的加速度方向水平向左；若U