高中物理传感器及其应用章末分层突破教师用书-鲁科版选修VIP免费

第5章传感器及其应用[自我校对]①物理②化学③生物④光敏⑤热敏⑥力电⑦电容式⑧力⑨红外线⑩电容传感器工作原理、常见敏感元件及其应用1．传感器的工作原理传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如框图所示．非电学量敏感元件转换元件转换电路电学量2．常见敏感元件及特性(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大．(2)金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大．(3)热敏电阻：热敏电阻有正温度系数、负温度系数两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小．(4)电容：平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化，例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化．3．传感器的复杂应用(1)搞清传感器的原理及应用过程是求解该类问题的关键．(2)与电路的结合问题．涉及到电路的动态变化问题时要抓住题目的关键信息及敏感元件的特性，如光强度的变化、光敏电阻的变化、温度的变化、热敏电阻的变化，分析的顺序同直流电路动态问题分析一样，先从部分到整体，再到部分．涉及到电路的计算问题时，由于敏感元件变化的特性，所以找准对应时刻、位置等，把握图象的信息非常重要．如图5－1为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I-U关系曲线图．图5－1(1)为了通过测量得到图所示I-U关系的完整曲线，在图5－2甲和乙两个电路中应选择的是图________；简要说明理由：________________________________________________．(电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100Ω)图5－2(2)在如图5－3所示电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω.由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为__V；电阻R2的阻值为________Ω.图5－3【解析】(1)应选择图甲，因为图甲电路电压可从0V调到所需电压，电压调节范围大．(2)由题图知R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9V电源上，总电流I＝70mA，R1＝250Ω.设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝(70－9250×103)mA＝34mA.由图象查得34mA对应的电压为5.0V，R2两端电压U2＝9V－5.0V＝4.0V，所以R2＝4.034×10－3Ω＝117.6Ω.【答案】(1)甲因为甲电路电压可从0V调到所需电压，电压调节范围大(2)5.0117.6常见的传感器及应用1.力电传感器力电传感器是利用敏感元件和变阻器把力学信号(位移、速度、加速度等)转换为电学信号(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．2．热电传感器热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理把热学信号转换成电学信号的仪器，如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等都是利用了热电传感器的原理．3．光电传感器光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管，光电传感器是根据光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理把光信号转换成电信号的仪器，如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理．4．声电传感器声电传感器主要利用电磁感应的原理把声音信号转换成电信号，如动圈式话筒、电容式话筒等．5．电容式传感器电容器的电容C取决于极板的正对面积S、极板间距离d及极板间的电介质这几个因素．如果某一物理量(如角度、位移、深度等)的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器．如图5-4所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；?为毫安表，量程为6mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9Ω；S为开关．已知RT在95℃时的阻值为150Ω，在20℃时的阻值约为550...