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传感器应用实例

发布日期:2020-08-12 14:13

  传感器应用实例_理化生_高中教育_教育专区。6.4 传感器的应用实例 实验1 实验1、光控开关 1、实验原理及知识准备 如图所示光控电路,用发光二极管LED LED模仿路 如图所示光控电路,用发光二极管LED模仿路 为光敏电阻, 的最大电阻

  6.4 传感器的应用实例 实验1 实验1、光控开关 1、实验原理及知识准备 如图所示光控电路,用发光二极管LED LED模仿路 如图所示光控电路,用发光二极管LED模仿路 为光敏电阻, 的最大电阻为51 kΩ, 灯,RG为光敏电阻,R1的最大电阻为51 kΩ,R2 kΩ,试分析其工作原理. 为 330 kΩ,试分析其工作原理. 白天,光强度较大, 电阻值较小, 白天,光强度较大,光敏电阻RG电阻值较小,加在斯 密特触发器A端的电压较低,则输出端Y输出高电平, 密特触发器A端的电压较低,则输出端Y输出高电平,发光 二极管LED不导通;当天色暗到一定程度时, LED不导通 二极管LED不导通;当天色暗到一定程度时,RG的阻值增 大到一定值, 大到一定值,斯密特触发器的输入端 A的电压上升到某个 1.6V),输出端Y突然从高电平跳到低电平, ),输出端 值(1.6V),输出端Y突然从高电平跳到低电平,则发光 二极管LED导通发光(相当于路灯亮了),这样就达到了 二极管LED导通发光(相当于路灯亮了),这样就达到了 LED导通发光 ), 使路灯天明熄灭,天暗自动开启的目的. 使路灯天明熄灭,天暗自动开启的目的. 思考与讨论 1、要想在天更暗时路灯才会亮,应该把R1的阻值调 要想在天更暗时路灯才会亮, 大些还是调小些?为什么? 大些还是调小些?为什么? 的阻值调大些, 应该把R1的阻值调大些,这样要使斯密特触发 器的输入端A电压达到某个值( 1.6V), ),就需要 器的输入端A电压达到某个值(如1.6V),就需要 RG的阻值达到更大,即天色更暗。 的阻值达到更大,即天色更暗。 用白炽灯模仿路灯,为何要用到继电器? 2、用白炽灯模仿路灯,为何要用到继电器? 由于集成电路允许通过的电流较小, 由于集成电路允许通过的电流较小,要用白炽 灯泡模仿路灯, 灯泡模仿路灯,就要使用继电器来启闭工作电 路. 如图所示电磁继电器工作电路, 如图所示电磁继电器工作电路,图中虚 线框内即为电磁继电器, 为动触点, 线框内即为电磁继电器,D为动触点,E为 静触点.试分析电磁继电器的工作原理. 静触点.试分析电磁继电器的工作原理. 中通电时,铁芯中产生磁场, 当线圈 A中通电时,铁芯中产生磁场,吸引衔 向下运动,从而带动动触点D向下与E接触, 铁B向下运动,从而带动动触点D向下与E接触, 将工作电路接通,当线圈A中电流为零时, 将工作电路接通,当线圈A中电流为零时,电磁 铁失去磁性,衔铁B在弹簧作用下拉起, 铁失去磁性,衔铁B在弹簧作用下拉起,带动触点 分离,自动切断工作电路. D与E分离,自动切断工作电路. 试说明控制电路的工作原理。 试说明控制电路的工作原理。 天较亮时, 阻值较小, 天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发 器输入端A电势较低,则输出端Y输出高电平, 器输入端A电势较低,则输出端Y输出高电平,线 圈中无电流,工作电路不通;天较暗时, 圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电 电阻增大,斯密特触发器输入端A电势升高, 阻RG电阻增大,斯密特触发器输入端A电势升高, 当升高到一定值,输出端Y 当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电 有电流通过线圈A 电磁继电器工作, 平,有电流通过线圈A,电磁继电器工作,接通 工作电路,使路灯自动开启;天明后, 工作电路,使路灯自动开启;天明后,RG阻值减 斯密特触发器输入端A电势逐渐降低, 小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到 一定值,输出端 Y突然由低电平跳到高电平,则 一定值, 突然由低电平跳到高电平, 线圈A不再有电流, 线圈A不再有电流,则电磁继电器自动切断工作 电路的电源,路灯熄灭. 电路的电源,路灯熄灭. 学生分组实验 2.温度报警器 上一节我们学习了火灾报警器, 上一节我们学习了火灾报警器,它是利 用烟雾对光的散射作用, 用烟雾对光的散射作用,使火灾发出的光 引起光敏电阻的阻值变化, 引起光敏电阻的阻值变化,从而达到报警 的目的。既然发生火灾时, 的目的。既然发生火灾时,环境温度要升 高,我们能不能用温度传感器来做成火灾 报警器呢? 报警器呢? 温度报警器的工作电路,如图所示: 温度报警器的工作电路,如图所示: 试分析其工作原理。 试分析其工作原理。 常温下, 常温下,调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端 A处于低电平,则输出端Y处于高电平,无电流通过蜂 处于低电平,则输出端Y处于高电平, 鸣器,蜂鸣器不发声;当温度升高时, 鸣器,蜂鸣器不发声;当温度升高时,热敏电阻RT阻 值减小,斯密特触发器输入端A电势升高, 值减小,斯密特触发器输入端A电势升高,当达到某 一值(高电平),其输出端由高电平跳到低电平, ),其输出端由高电平跳到低电平 一值(高电平),其输出端由高电平跳到低电平,蜂 鸣器通电,从而发出报警声, 的阻值不同, 鸣器通电,从而发出报警声,Rl的阻值不同,则报警 温度不同 怎样使热敏电阻 在感测到更高的温 度时才报警? 度时才报警? 要使热敏电阻在感测到更高的温度时才 报警, 的阻值, 阻值越小, 报警,应减小R1的阻值,R1阻值越小,要使 斯密特触发器输入端达到高电平, 斯密特触发器输入端达到高电平,则热敏电 阻阻值要求越小,即温度越高。 阻阻值要求越小,即温度越高。 例:现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继 现有热敏电阻、电炉丝、电源、 电器、滑动变阻器、开关和导线若干. 电器、滑动变阻器、开关和导线若干.如图 所示,试设计一个温控电路. 所示,试设计一个温控电路.要求温度低于 某一温度时,电炉丝自动通电供热, 某一温度时,电炉丝自动通电供热,超过某 一温度时,又可以自动断电, 一温度时,又可以自动断电,画出电路图说 明工作过程. 明工作过程. (1)电路图如图所示:热敏电阻R1与滑动变阻器及电 电路图如图所示: 磁继电器构成低压控制电路. 磁继电器构成低压控制电路. (2)工作过程:闭合S当温度低于设计值时热敏电阻阻 工作过程:闭合S 值大,通过电磁继电器电流不能使它工作, 值大,通过电磁继电器电流不能使它工作,K接通电炉 丝加热.当温度达到设计值时,热敏电阻减小到某值, 丝加热.当温度达到设计值时,热敏电阻减小到某值, 通过电磁继电器的电流达到工作电流, 断开, 通过电磁继电器的电流达到工作电流,K断开,电炉丝 断电,停止供热.当温度低于设计值, 断电,停止供热.当温度低于设计值,又重复前述过 程. 下图是电饭煲的电路图, 是一个磁钢限温开关, 下图是电饭煲的电路图,S1是一个磁钢限温开关, 手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103℃)时,会自动断 手动闭合后,当此开关温度达到居里点 ℃时 且不能自动闭合. 是一个双金属片自动控温开关, 开,且不能自动闭合.S2是一个双金属片自动控温开关,当 温度低于70℃ 会自动闭合;温度高于80℃ 温度低于 ℃时,会自动闭合;温度高于 ℃时,会自动断 红灯是加热指示灯,黄灯是保温指示灯,分流电阻R 开.红灯是加热指示灯,黄灯是保温指示灯,分流电阻 1= R2=500 ?,加热电阻丝 3=50 ?,两灯电阻不计. ,加热电阻丝R ,两灯电阻不计. (1)分析电饭煲的 分析电饭煲的 工作原理; 工作原理; (2)计算加热和保 计算加热和保 温两种状态下, 温两种状态下,电饭 煲消耗的电功率之比; 煲消耗的电功率之比; (3)如果不闭合开 如果不闭合开 能将饭煮熟吗? 关S1,能将饭煮熟吗? 解析:(1)电饭煲盛上食物后,接上电源,S2自动闭合, 电饭煲盛上食物后,接上电源, 自动闭合, 电饭煲盛上食物后 同时手动闭合S 这时黄灯被短路不亮,红灯亮, 同时手动闭合 1,这时黄灯被短路不亮,红灯亮,电饭煲处于 加热状态.加热到80℃时,S2自动断开,S1仍闭合.水烧干后, 加热状态.加热到 ℃ 自动断开, 仍闭合.水烧干后, 温度升高至103℃时,开关S1自动断开,这时饭已煮熟,黄灯 ℃ 温度升高至 开关 自动断开,这时饭已煮熟, 亮,电饭煲处于保温状态.由于散热,365bet待温度降至70℃时,S2 电饭煲处于保温状态.由于散热,待温度降至 ℃ 自动闭合,电饭煲重新加热;温度达到80℃时,S2又自动断开, 又自动断开, 自动闭合,电饭煲重新加热;温度达到 ℃ 再次处于保温状态. 再次处于保温状态. U2 (2)加热时,电饭煲消耗的电功率 P1= R并 2 U 保温时,电饭煲消耗的电功率 P2= R1+R并 R2R3 500 P1 R1+R并 12 两式中,R 并= = ?,从而有 = = . P2 1 R2+R3 11 R并 (3)如果不闭合开关 1,开始 2总是闭合 如果不闭合开关S 开始S 如果不闭合开关 被短路,功率为P 的,R1被短路,功率为 1,当温度上升到 80℃时,S2自动断开,功率降为 2,温度 ℃ 自动断开,功率降为P 降低到70℃,S2自动闭合……温度只能在 降低到 ℃ 自动闭合 温度只能在 70~80℃之间变化,不能把水烧开,故不 ~ ℃之间变化,不能把水烧开, 能煮熟饭. 能煮熟饭. 惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中, 例 2. 惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中 , 这个 系统的重要元件是加速度计。 加速度计的构造和原理的 系统的重要元件是加速度计 。 加速度计 的构造和原理的 示意图如图示, 示意图如图示 , 沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套 一个质量为m的滑块,滑块的两侧分别与劲度系数均为k 一个质量为 的滑块,滑块的两侧分别与劲度系数均为 的滑块 的弹簧相连, 两弹簧的另一端与固定壁相连。 的弹簧相连 , 两弹簧的另一端与固定壁相连 。 滑块原来 静止, 弹簧处于自然长度。 滑块上有指针, 静止 , 弹簧处于自然长度 。 滑块上有指针 , 可通过标尺 测出滑块的位移,然后通过控制系统进行制导。 设某段 测出滑块的位移,然后通过控制系统进行制导。1.设某段 时间内导弹沿水平方向运动,指针向左偏离O点的距离为 时间内导弹沿水平方向运动,指针向左偏离 点的距离为 S,则这段时间内导弹的加速度 ( , ) D 1 0 1 A. 方向向左,大小为 k S/m 方向向左, 0 0 B.方向向右,大小为 k S/m .方向向右, C.方向向左,大小为 2k S/m .方向向左, P U D. 方向向右,大小为 2k S/m 方向向右, 2. 若电位器(可变电阻)总长度为 ,其电阻均匀,两端接 若电位器(可变电阻)总长度为L,其电阻均匀, 在稳压电源U 当导弹以加速度a沿水平方向运动时 沿水平方向运动时, 在稳压电源 0上 , 当导弹以加速度 沿水平方向运动时, 与 滑块连接的滑动片P产生位移 此时可输出一个电信号U, 产生位移, 滑块连接的滑动片 产生位移 , 此时可输出一个电信号 , 作为导弹惯性制导系统的信息源, 作为导弹惯性制导系统的信息源,为控制导弹运动状态输入 信息,试写出U与 的函数关系式。 信息,试写出 与a 的函数关系式。 解:a=2kS/m ∴ S=ma/2k U=U0 Rx / R = U0 S / L =maU0 / 2kL =mU0 a / 2kL∝a ∝ U0 P U 10 0 1 0 光传感器的应用 如图所示为一实验中利用光电脉冲测量车 速和行程的装置示意图. 为光源 为光源, 为光电接收 速和行程的装置示意图.A为光源,B为光电接收 均固定在车身上, 为小车的车轮 为小车的车轮, 器 , A、 B均固定在车身上 , C为小车的车轮 , D 、 均固定在车身上 为与C同轴相连的齿轮 车轮转动时, 发出的光 同轴相连的齿轮. 为与 同轴相连的齿轮.车轮转动时,A发出的光 束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号, 束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号 , 被 B接收并转换成电信号 , 由电子电路记录和显 接收并转换成电信号, 接收并转换成电信号 若实验显示单位时间内脉冲数为n, 示.若实验显示单位时间内脉冲数为 ,累计脉冲 数为N, 数为 , 则要测出小车的速度和行程还必须测量 的物理量和数据是________; 小车速度的表达式 的物理量和数据是 ; 为v=________;行程的表达式为 =______. = ;行程的表达式为s= 例3 这是一道以实际问题为背景的实验题, 这是一道以实际问题为背景的实验题,显然无法 通过迁移课本实验中的方法来解决.但是题目给出 通过迁移课本实验中的方法来解决. 了装置图, 了装置图,该图及题文中的相关说明给我们一定提 光束原来是连续的, 示,光束原来是连续的,是转动的齿轮使光束变为 脉冲,因此脉冲情况必定与齿轮(或车轮 或车轮)的转动有 脉冲,因此脉冲情况必定与齿轮 或车轮 的转动有 也就与速度和行程有关. 关,也就与速度和行程有关. 根据速度的意义和车正常行驶的情况, 根据速度的意义和车正常行驶的情况 , 应有 v= = 2πRf,其中 R 为车轮的半径,f 为单位时间内车轮转 为车轮的半径, , 过的圈数; 过的圈数; 若齿轮的齿数为 P, , 则转一圈应有 P 个脉 2πRn n 接收到, 冲被 B 接收到,因此有 f=P代入上式,有 v= P . = 代入上式, = 同样,根据行程的意义: 同样,根据行程的意义:应有 s=2πRf′,其中 f′ = ′ ′ N 为整个行程中车轮转过的圈数 转过的圈数; 为整个行程中车轮转过的圈数;而 f′= P ,所以 s ′ 2πRN 可见, = P .可见,还必须测量的物理量和数据是车轮的 可见 半径 R 和齿轮齿数 P. 答案】 【答案】 车轮的半径 R 和齿轮齿数 P 2πRn P 2πRN P 【规律总结】 本题的理论依据是最基本的匀速运 规律总结】 动中的速度、 动中的速度、时间与位移的关系及角速度与线速度 的关系,关键是将测量量与运动速度、 的关系,关键是将测量量与运动速度、时间和行程 关联起来. 关联起来. 这类题目是物理知识在实际中的应用, 这类题目是物理知识在实际中的应用,要很好的解 答就要善于知识的迁移,对此,我们要关注周围的 答就要善于知识的迁移, 对此, 事物, 事物,经常想一想它们工作的原理与物理知识的关 扩大眼界,开阔思路. 系,扩大眼界,开阔思路.

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