高中物理知识点:传感器的应用
◎ 传感器的应用的定义

传感器的几种具体应用:

 1.力传感器的应用——电子秤电子秤在我们日常生活中应用比较广泛,它所使用的测力装置是力传感器。
(1)力传感器的组成:由金属梁和应变片组成,应变片多用半导体材料制成,是敏感元件。
(2)应变片测力原理:如图所示,用弹簧钢制成的金属架右端固定,在梁形金属架上、下表面各贴一个应变片(由半导体材料制成),在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩.上表面应变片的电阻变大,下表面应变片的电阻变小。F越大,弯曲形变越大,应变片的阻值变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定,那么上表面应变片两端的电压变大,下表面应变片两端的电压变小,传感器把这两个电压的差值输出。外力越大,输出的电压差值也就越大。
 
(3)应用:应变式力传感器可以用来测重力、压力、推力等力。因此常用于测量汽车载重的地磅秤和在超市、商店使用的电子秤等。
(4)应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。
2.温度传感器的应用——电熨斗
(1)温度传感器:由半导体材料制成的电阻和金属热电阻均可制成温度传感器,它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制。
(2)电熨斗的构造:如图所示。
  
(3)电熨斗的自动控温原理:其内部装有双金属片温度传感器,如上图所示,其作用是控制电路的通断。双金属片的上层金属片的膨胀系数大,下层金属片的膨胀系数小些(图中双金属片并在一起)。常温 (与设定温度相差不多)下,上、下的两触点是接触的,电熨斗正常工作。当温度过高时,双金属片发生形变,上层金属片的膨胀系数大于下层,因此会向下弯曲,当温度达到一定程度,触点分离,电路断开,降温后,两金属片恢复原状,又使两触点接触,使温度始终控制在设定温度左右,达到自动控温目的。
说明:熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,此时可通过调温旋钮调节升降螺钉,升降螺钉带动弹性铜片升降,从而改变触点接触的难易,达到控制在不同温度的目的。
3.温度传感器的应用——电饭锅
(1)电饭锅的结构及工作原理
①结构:如图所示,它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的。它的特点是:常温下具有磁性,能被磁体吸引,但是温度上升到约103℃时,就失去了磁性,不能被磁体吸引了。
 
②工作原理:电饭锅工作时,按下开关按钮,感温磁体与永磁体接触,两个接线螺钉通过触点相连,电路接通,开始工作,电饭锅内温度升高,当温度达到103℃ 时,感温磁体与永磁体分离,带动触点分离,电路断开,不再加热,电饭锅停止工作。
(2)测温仪的工作原理:把温度转换为电信号,由指针仪表或数字式仪表显示出来,把非电学量转变为电学量。
①优点:由于电信号可以由测温点传输到其他地点,所以温度传感器可以远距离读取温度的数值。
②种类:常见的测温仪的测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶等,还可以是红外线敏感元件等。
4.光传感器的应用——火灾报警器
 
图为利用烟雾对光的散射工作的一种火灾报警器,其工作原理是:带孔的罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时,光电三极管收不到LED发出的光(挡板挡住),呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光产生散射作用,使部分光线照射到光电三极管上,其电阻变小,与传感器连接的电路检测出这种变化,就会发出警报。

◎ 传感器的应用的知识扩展
1、力传感器的应用——电子称;
2、温度传感器的应用——电熨斗、电饭锅;
3、光传感器的应用——火灾报警器。
◎ 传感器的应用的知识点拨

传感器问题的解法:

传感器问题具有涉及的知识点多、综合性强、能力要求高等特点,而传感器的形式又多种多样,有的原理甚至较难理解,但无论如何,搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键,因此在求解时必须结合题目提供的所有信息、认真分析传感器所在的电路结构,这样才能对题目的要求作出解释或回答。
(1)确定传感器所感受到的物理量传感器所感受到的物理量有力、热、磁、光、声等。
(2)转换电路把输出转换为电学量信号通过器件把敏感元件的输出转换为电学量信号,最后借助于转换电路把电学量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的量。

◎ 传感器的应用的教学目标
1、了解传感器应用的一般模式。
2、了解力传感器在电子秤上的应用。
3、了解温度传感器在电熨斗上、电饭锅上的应用。
4、了解传感器在火灾报警中的应用。
5、通过实验或演示实验,了解传感器在生产、生活中的应用。
6、 在了解传感器原理及应用时,知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值,增强学习兴趣,培养良好的科学态度。
◎ 传感器的应用的考试要求
能力要求:应用
课时要求:15
考试频率:必考
分值比重:1
◎ 传感器的应用的所有试题
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