高中物理知識點:傳感器的應(yīng)用

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

傳感器的幾種具體應(yīng)用:


1.力傳感器的應(yīng)用——電子秤電子秤在我們?nèi)粘I钪袘?yīng)用比較廣泛,它所使用的測力裝置是力傳感器。
(1)力傳感器的組成:由金屬梁和應(yīng)變片組成,應(yīng)變片多用半導(dǎo)體材料制成,是敏感元件。
(2)應(yīng)變片測力原理:如圖所示,用彈簧鋼制成的金屬架右端固定,在梁形金屬架上、下表面各貼一個應(yīng)變片(由半導(dǎo)體材料制成),在梁的自由端施力F,則梁發(fā)生彎曲,上表面拉伸,下表面壓縮.上表面應(yīng)變片的電阻變大,下表面應(yīng)變片的電阻變小。F越大,彎曲形變越大,應(yīng)變片的阻值變化就越大。如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定,那么上表面應(yīng)變片兩端的電壓變大,下表面應(yīng)變片兩端的電壓變小,傳感器把這兩個電壓的差值輸出。外力越大,輸出的電壓差值也就越大。

(3)應(yīng)用:應(yīng)變式力傳感器可以用來測重力、壓力、推力等力。因此常用于測量汽車載重的地磅秤和在超市、商店使用的電子秤等。
(4)應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量。
2.溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗
(1)溫度傳感器:由半導(dǎo)體材料制成的電阻和金屬熱電阻均可制成溫度傳感器,它可以把溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行自動控制。
(2)電熨斗的構(gòu)造:如圖所示。

(3)電熨斗的自動控溫原理:其內(nèi)部裝有雙金屬片溫度傳感器,如上圖所示,其作用是控制電路的通斷。雙金屬片的上層金屬片的膨脹系數(shù)大,下層金屬片的膨脹系數(shù)小些(圖中雙金屬片并在一起)。常溫 (與設(shè)定溫度相差不多)下,上、下的兩觸點是接觸的,電熨斗正常工作。當(dāng)溫度過高時,雙金屬片發(fā)生形變,上層金屬片的膨脹系數(shù)大于下層,因此會向下彎曲,當(dāng)溫度達(dá)到一定程度,觸點分離,電路斷開,降溫后,兩金屬片恢復(fù)原狀,又使兩觸點接觸,使溫度始終控制在設(shè)定溫度左右,達(dá)到自動控溫目的。
說明:熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度,此時可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺釘,升降螺釘帶動彈性銅片升降,從而改變觸點接觸的難易,達(dá)到控制在不同溫度的目的。
3.溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋
(1)電飯鍋的結(jié)構(gòu)及工作原理
①結(jié)構(gòu):如圖所示,它的主要元件感溫鐵氧體是用氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成的。它的特點是:常溫下具有磁性,能被磁體吸引,但是溫度上升到約103℃時,就失去了磁性,不能被磁體吸引了。

②工作原理:電飯鍋工作時,按下開關(guān)按鈕,感溫磁體與永磁體接觸,兩個接線螺釘通過觸點相連,電路接通,開始工作,電飯鍋內(nèi)溫度升高,當(dāng)溫度達(dá)到103℃ 時,感溫磁體與永磁體分離,帶動觸點分離,電路斷開,不再加熱,電飯鍋停止工作。
(2)測溫儀的工作原理:把溫度轉(zhuǎn)換為電信號,由指針儀表或數(shù)字式儀表顯示出來,把非電學(xué)量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量。
①優(yōu)點:由于電信號可以由測溫點傳輸?shù)狡渌攸c,所以溫度傳感器可以遠(yuǎn)距離讀取溫度的數(shù)值。
②種類:常見的測溫儀的測溫元件可以是熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶等,還可以是紅外線敏感元件等。
4.光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報警器

圖為利用煙霧對光的散射工作的一種火災(zāi)報警器,其工作原理是:帶孔的罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板。平時,光電三極管收不到LED發(fā)出的光(擋板擋住),呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對光產(chǎn)生散射作用,使部分光線照射到光電三極管上,其電阻變小,與傳感器連接的電路檢測出這種變化,就會發(fā)出警報。



傳感器問題的解法:


傳感器問題具有涉及的知識點多、綜合性強(qiáng)、能力要求高等特點,而傳感器的形式又多種多樣,有的原理甚至較難理解,但無論如何,搞清傳感器的工作原理及過程是求解問題的關(guān)鍵,因此在求解時必須結(jié)合題目提供的所有信息、認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu),這樣才能對題目的要求作出解釋或回答。
(1)確定傳感器所感受到的物理量傳感器所感受到的物理量有力、熱、磁、光、聲等。
(2)轉(zhuǎn)換電路把輸出轉(zhuǎn)換為電學(xué)量信號通過器件把敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換為電學(xué)量信號,最后借助于轉(zhuǎn)換電路把電學(xué)量信號轉(zhuǎn)換為便于處理、顯示、記錄或控制的量。



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