2014-2015学年高中物理第三章传感器传感器的应用用传感器制作自控装置学案粤教版选修3-2摘要.doc

学案2　传感器的应用　用传感器制作自控装置 [学习目标定位] 1.了解传感器在生活和生产中的应用，尝试运用传感器的知识解释一些生活中的问题.2.了解传感器应用的一般模式.3.能设计简单的应用传感器的控制电路． 1．传感器主要由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成． 2．温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置，光电传感器是一种将光学量变化转换为电学量变化的装置． 一、生活中的传感器 电饭煲、电冰箱、空调机等与温度控制相关的家用电器都要用到温度传感器；自动门、家电遥控器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器，均使用了红外线传感器；另外还有照相机中的光敏传感器、家用便携式电子秤的压力传感器等． 二、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． 三、工业生产中的传感器 生产安全中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥或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)进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工． 四、飞向太空的传感器 在运载火箭、载人飞船中，应用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. 一、生活中的传感器——电熨斗 [问题设计] 　如图1所示为电熨斗的构造，其中双金属片上层金属的膨胀大于下层金属． 观察电熨斗的构造，并回答下列问题： 图1 (1)常温下，电熨斗的上下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将怎样起作用？ (2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？ 答案　(1)常温时，电熨斗的上下触点应是接触的，这样电熨斗接通电源后能进行加热．当温度过高时双金属片膨胀，因上层的膨胀系数大，故上层膨胀的厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热，当温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热． (2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，也就是要求双金属片弯曲程度较大时，两触点分离，所以应使调温旋钮下旋．反之，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使调温旋钮上旋． [要点提炼] 双金属片温度传感器的工作原理：温度变化时，因双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断． 二、生活中的传感器——电饭锅 [问题设计] 　电饭锅的结构如图2所示． 图2 (1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？ (2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？为什么？ (3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动发生哪些动作？ (4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？ 答案　(1)煮饭时压下开关按钮，感温磁体与永磁体相互吸引结合在一起，触点相接，电路接通，开始加热，手松开后，由于锅内的温度低，感温磁体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到题图所示的状态． (2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点不变．因为水沸腾时，温度不变． (3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上升到“居里温度”(约103 )时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下永磁铁与之分离，开关自动断开，且不能自动复位． (4)不能，因为如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内的温度保持在100 不变，低于“居里温度”103 ，电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103 才能自动断电，因此用电饭锅来烧水、煲汤不能实现自动控温． [要点提炼] 电饭锅中温度传感器为感温铁氧体． 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，这一温度称为该材料的“居里温度”或“居里点”． 2．自动断电原理：用手按下开关按钮通电加热，开始煮饭，当锅内温度达到103时，感温铁氧体失去磁性，与永磁体失去吸引力，被弹簧弹开，从而推动杠杆使触点开关断开． 三、用传感器制作自控装置 课题：应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路 [实验器材] 二极管VD、晶闸管VS、光敏电阻RG、电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L. [实验原理] 由晶闸管VS与电灯L构成主回路，控制回路由R与RG组成的分压器及二极管VD构成，如图3所示． 1．当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，与R分压图3 后使晶闸管VS门电极处于低电平，VS关断． 2．当夜幕降临时，照在RG上的自然光线减弱，RC呈高阻，使VS的门电极处于高电平，VS获正向触发电压而导通，灯L亮． 3．改变R的阻值，即改变其与RG的分压比，可调整电路的起控点．