《傳感器的應用》 優(yōu)秀

傳感器的應用

傳感器是把非電學物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強、光照度等）轉(zhuǎn)換成易于測量、傳輸、處理的電學量（如電壓、電流、電容等）的一種組件，起自動控制作用。一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路三個部分組成，如：一、傳感器的含義非電物理量轉(zhuǎn)換器件敏感元件轉(zhuǎn)換電路電學量二、傳感器的分類1.力電傳感器

力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學信號（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學信號（電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應用于社會生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導彈、飛機、潛艇和宇宙飛船上的慣性導航系統(tǒng)及ABS防抱死制動系統(tǒng)等。（1）測物體的質(zhì)量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE（2）測物體加（角）速度

例題：加速度計是測定物體加速度的儀器，它已成為導彈、飛機、潛艇后宇宙飛船制導系統(tǒng)的信息源。如圖為應變式加速度計示意圖，當系統(tǒng)加速時，加速度計中的敏感元件也處于加速狀態(tài)，敏感元件由彈簧連接并架在光滑支架上，支架與待測系統(tǒng)固定在一起，敏感元件下端的滑動臂可在滑動變阻器R上自由滑動，當系統(tǒng)加速運動時，敏感元件發(fā)生位移，并轉(zhuǎn)化為電信號輸出，已知：敏感元件的質(zhì)量為m，兩彈簧的勁度系數(shù)為k，電源的電動勢為E，內(nèi)電阻不計，滑動變阻器的總電阻為R，有效長度為L，靜態(tài)時輸出電壓為U0。試求加速度a與輸出電壓U的關(guān)系式。敏感元件輸出信號ER①滑動觸頭左右移動過程中，電路中電流如何變化？②若車的加速度大小為a，則兩彈簧的形變量是多少？③求加速度a與輸出電壓U的關(guān)系式角速度計（2）測物體加（角）速度

可測量飛機、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示。當系統(tǒng)繞軸OO′轉(zhuǎn)動時，元件A發(fā)生位移并輸出相應的電壓信號，成為飛機、衛(wèi)星等的制導系統(tǒng)的信息源。已知A的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長度為l，電源的電動勢為E、內(nèi)阻不計?；瑒幼冏杵骺傞L也為l

，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時P在B點，當系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動時，試寫出輸出電壓U與ω的函數(shù)式。ASPCBωOO′輸出電壓U解：設(shè)彈簧伸長x,則kx=mω2(l+x)∴x=mω2l／(k-m

ω2)設(shè)滑動變阻器單位長度的電阻為r1

U=IRx=Exr1/

lr1=Ex/l∴U=Emω2

／(k-m

ω2)

例1.

慣性制導系統(tǒng)已廣泛應用于導彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計。加速度計的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導彈長度方向按裝的固定光滑桿上套一個質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連。滑塊原來靜止，彈簧處于自然長度?；瑝K上有指針，可通過標尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進行制導。1.設(shè)某段時間內(nèi)導彈沿水平方向運動，指針向左偏離O點的距離為S，則這段時間內(nèi)導彈的加速度（）

A.方向向左，大小為kS/mB．方向向右，大小為kS/mC．方向向左，大小為2kS/mD.方向向右，大小為2kS/mD01010UP2.

若電位器（可變電阻）總長度為L，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當導彈以加速度a沿水平方向運動時，與滑塊連接的滑動片P產(chǎn)生位移，此時可輸出一個電信號U，作為導彈慣性制導系統(tǒng)的信息源，為控制導彈運動狀態(tài)輸入信息，試寫出U與a的函數(shù)關(guān)系式。01010UPU0解：a=2kS/m∴S=ma/2kU=U0Rx/R=U0S/L=maU0/2kL=mU0a/2kL∝a（3）測力

例題：（風力測定儀）如圖所示為一種測定風作用力的儀器原理圖，圖中P為金屬球，懸掛在一細長裸金屬絲下面，O是懸掛點，R0是保護電阻，CD是水平放置的光滑電阻絲，與懸掛小球的細金屬絲始終保持良好接觸，無風時細金屬絲與電阻絲在C點接觸，此時電路中的電流為I，有風時細金屬絲將偏轉(zhuǎn)一角度θ（θ與風力大小有關(guān)），細金屬絲與電阻絲在C/點接觸，已知風力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的質(zhì)量為M，電阻絲單位長度的電阻為k，電源內(nèi)電阻和細金屬絲電阻均不計，金屬絲偏轉(zhuǎn)θ角時，電流表的示數(shù)為I/，此時風力大小為F，試寫出：①風力大小F與θ的關(guān)系式；②風力大小F與電流表示數(shù)I/的關(guān)系式。

③此裝置所測定的最大風力是多少？R0OPDC/θCA電源（4）測位移

例題：（2003上?？碱}）演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體M在導軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是()A.物體M運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B.物體M運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C.物體M不動時，電路中沒有電流D.物體M不動時，電壓表沒有示數(shù)B2.熱電傳感器

熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會隨溫度的變化而變化的原理制成的，如各種家用電器（空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機、電飯煲等）的溫度控制、火警報警器、恒溫箱等。

例題：如圖是一火警報警的一部分電路示意圖。其中R2為用半導體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器。當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是（）A.

I

變大，U變大B.

I變小，U變小C.

I變小，U變大D.

I變大，U變小R1R2R3AabEr

解：出現(xiàn)火情時溫度升高，R2減小，R總減小，I總增大，Uab減小，U并減小，IA減小，B３.光電傳感器

光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管。如果是光敏電阻的阻值隨光照強度的變化而變化的原理制成的。如自動沖水機、路燈的控制、光電計數(shù)器、煙霧報警器等都是利用了光電傳感器的原理。

例題：（新教材2003天津理綜）如圖，當電鍵K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為()A.

1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV

解：反向截止電壓為0.60V，

EKm=0.60eVW=hν-EKm=2.5-0.6=1.9eVA4.聲電傳感器

例題：（2003上海試題）唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｏ铝姓f法正確的是()A該傳感器是根據(jù)電流的磁效應工作的B

該傳感器是根據(jù)電磁感應原理工作的C膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變D膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應電動勢B5.電容式傳感器

電容器的電容C決定于極板的正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的變化能引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，則通過測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，起這種作用的電容器稱為電容式傳感器。圖甲是測量

的電容式傳感器，原理是：定片θ甲角度θ由于C∝S，動片與定片間的角度θ發(fā)生變化時，引起S的變化，通過測出C的變化，測量動片與定片間的夾角θ圖乙是測量

的電容式傳感器，原理:金屬芯線電介質(zhì)導電液體乙h液面高度h由于C∝S，h發(fā)生變化，金屬芯線和導電液體組成的電容發(fā)生變化，通過測定C的變化，可以測量液面高度h的變化。圖丙是測量

的電容式傳感器，原理是：固定電極可動電極F丙壓力F由于C∝1/d，壓力F作用在可動電極上，引起極板間距d的變化，通過測出C的變化，測量壓力F的變化。圖丁是測量

的電容式傳感器，原理是:極板電介質(zhì)丁x位移x由于C隨著電介質(zhì)進入極板間的長度發(fā)生變化，通過測出C的變化，測量位移x的變化。題目：隨著生活質(zhì)量的提高，自動干手機已進入家庭，洗手后，將濕手靠近自動干手機，機內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機能使傳感器工作，是因為（）

A.改變了濕度B.改變了溫度C.改變了磁場D.改變了電容

D6.電感傳感器

電感式傳感器是利用線圈的自感或互感的變化來實現(xiàn)測量或控制的一種裝置，一般要利用磁場作為媒介或利用磁體的某些現(xiàn)象。實例：磁性物質(zhì)探測報警器錄音機NS

為了測量列車運行的速度和加速度的大小，可采用如圖所示的裝置，它是由一塊安裝在列車頭底部的強磁體和埋設(shè)在軌道地面的一組線圈及電流測量儀組成的（測量儀未畫出）。當列車經(jīng)過線圈上方時，線圈中產(chǎn)生的電流被記錄下來，就能求出列車在各位置的速度和加速度。假設(shè)磁體端部磁感強度為B=0.004T，且全部集中在端面范圍內(nèi)，與端面垂直，磁體寬度與線圈寬度相同，且都很小，線圈匝數(shù)n=5，長L=0.2m，電阻0.4Ω（包括引線電阻），測試記錄下來的電流—位移如圖所示。試求：⑴在離O（原點）30m，130m處列車的速度v1和v2的大?、萍僭O(shè)列車是勻變速運動，求列車加速度的大小i/A100501500.150.100.05-0.05-0.10-0.15S/m0SOB解：I=E/R=nBLv/Rv=IR/nBL=0.4I／5×0.004×0.2=100×I在30m處，I1=0.12A∴v1=12m/s在130m處，I2=0.15A∴v2=15m/s∴a=（v22-v12

）/2S=0.405m/s2例、用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個高溫報警器，要求是：正