第三单元传感器的应用教案.ppt

* 第三单元 传感器的应用 力电传感器:主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（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。 例1：某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k）如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体的测量m。（1）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。（3）请设想实验中可能会出现的一个问题。 力电转换器 ＋ ＋ － － 输出 输入 受压面 (1) 设计电路如图 (2) 测量步骤与结果:①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零,②将砝码放在转换器上,记下输出电压U0,③将待测物放在转换器上,记下输出电压U 由U0=km0g,得k=U0/m0g U=k m g,所以 m=m0U/U0 例题2：（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，R0是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此时电路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度θ（θ与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在C/点接触，已知风力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转θ角时，电流表的示数为I’，此时风力大小为F，试写出： ①风力大小F与θ的关系式； ②风力大小F与电流表示数I’ 的关系式。 ③此装置所测定的最大风力是多少？ R0 O P D B θ C A 电 源 例题3：（2003上海考题）演示位移传感器的工作原理如右图示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是( ) A 物体M运动时，电源内的电流会发生变化 B 物体M运动时，电压表的示数会发生变化 C 物体M不动时，电路中没有电流 D 物体M不动时，电压表没有示数 B 例4:可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴OO′转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l ，电阻分布均匀，系统静止时P在B点，当系统以角速度ω转动时，试写出输出电压U与ω的函数式。 A S P C B ω O O′ 输出电压U 解：设弹簧伸长x , 则 ∴ x= m ω2 l ／ ( k-m ω2 ) 设滑动变阻器单位长度 的电阻为r1 U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l ∴ U= Em ω2 ／(k-m ω2) 例5：将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图所示，在箱的上顶板和下底板装有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动。当箱以a=2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的传感器显示的压力为6.0N，下底板的传感器显示的压力为10.0N。(取g=10 m/s2) (1)若上顶板传感器的示数是下底板 传感器的示数的一半， 试判断箱的 运动情况。 (2)要使上顶板传感器的示数为零,箱 沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？ m 原来 （1） （2） 解： m F=10N F1 =6N mg a 向上做匀减速运动a向下a=2m/s2 mg+F1-F=ma m=0.5kg F mg F2 a2 上顶板示数是下底板示数的1/2 弹簧长度不变F=10N F2=5N mg+F2-F=ma2 a2=0 静止或匀速运动 F mg a3 上顶板示数为零，则弹簧变短F≥10N F3=0 F – mg = ma3 a3 ≥ 10m/s2 向上加速或向下减速，加速度a≥ 10m/s2。 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制成的，如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温