1、6.4 6.4 传感器的应用实例传感器的应用实例实验实验1 1、光控开关、光控开关1 1、实验原理及知识准备、实验原理及知识准备 如图所示光控电路，用发光二极管如图所示光控电路，用发光二极管LEDLED模仿路模仿路灯，灯，R RG G为光敏电阻，为光敏电阻，R R1 1的最大电阻为的最大电阻为51 k51 k，R R2 2为为 330 k330 k，试分析其工作原理，试分析其工作原理 白天，光强度较大，光敏电阻白天，光强度较大，光敏电阻R RG G电阻值较小，加在斯电阻值较小，加在斯密特触发器密特触发器A A端的电压较低，则输出端端的电压较低，则输出端Y Y输出高电平，发输出高电平，发光二极管
2、光二极管LEDLED不导通；当天色暗到一定程度时，不导通；当天色暗到一定程度时，R RG G的阻值的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端增大到一定值，斯密特触发器的输入端 A A的电压上升到某的电压上升到某个值（个值（1.6V1.6V），输出端），输出端Y Y突然从高电平跳到低电平，则发突然从高电平跳到低电平，则发光二极管光二极管LEDLED导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的 1 1、要想在天更暗时路灯才会亮，应该把、要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R R1 1的阻值调的阻值调大
3、些还是调小些？为什么？大些还是调小些？为什么？应该把应该把R R1 1的阻值调大些，这样要使斯密特触发的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端器的输入端A A电压达到某个值（如电压达到某个值（如1.6V1.6V），就需要），就需要R RG G的阻值达到更大，即天色更暗。的阻值达到更大，即天色更暗。2 2、用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？、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，要用白炽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，就要使用继电器来启闭工作电灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路路 思考与讨论思考与讨论 如图所示电磁继电器工作电路，图
4、中虚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，线框内即为电磁继电器，D D为动触点，为动触点，E E为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 当线圈当线圈 A A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁铁B B向下运动，从而带动动触点向下运动，从而带动动触点D D向下与向下与E E接触，接触，将工作电路接通，当线圈将工作电路接通，当线圈A A中电流为零时，电磁中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁铁失去磁性，衔铁B B在弹簧作用下拉起，带动触点在弹簧作用下拉起，带动触点D D与与E E分离，自动切断工作电路分离，自动切断工作电路试
5、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，光敏电阻天较亮时，光敏电阻R RG G阻值较小，斯密特触发阻值较小，斯密特触发器输入端器输入端A A电势较低，则输出端电势较低，则输出端Y Y输出高电平，线输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻阻R RG G电阻增大，斯密特触发器输入端电阻增大，斯密特触发器输入端A A电势升高，电势升高，当升高到一定值，输出端当升高到一定值，输出端Y Y由高电平突然跳到低电由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈平，有电流通过线圈A A，电磁继电器工作，接通，电磁继电器工作，接通工作电路，使
6、路灯自动开启；天明后，工作电路，使路灯自动开启；天明后，R RG G阻值减阻值减小，斯密特触发器输入端小，斯密特触发器输入端A A电势逐渐降低，降到电势逐渐降低，降到一定值，输出端一定值，输出端 Y Y突然由低电平跳到高电平，则突然由低电平跳到高电平，则线圈线圈A A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作不再有电流，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 学生分组实验学生分组实验 2 2温度报警器温度报警器 上一节我们学习了火灾报警器，它是利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，使火灾发出的光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，
7、从而达到报警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，环境温度要升的目的。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，调整常温下，调整R R1 1的阻值使斯密特触发器的输入端的阻值使斯密特触发器的输入端A A处于低电平，则输出端处于低电平，则输出端Y Y处于高电平，无电流通过蜂处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻R RT T
8、阻阻值减小，斯密特触发器输入端值减小，斯密特触发器输入端A A电势升高，当达到某电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂一值（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，鸣器通电，从而发出报警声，R Rl l的阻值不同，则报警的阻值不同，则报警温度不同温度不同 怎样使热敏电阻怎样使热敏电阻在感测到更高的温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要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小报警，应减小R R1 1的阻值，的阻值，R R1 1阻值越小，要使阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电斯密特触发
9、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、电磁继例：现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干如图电器、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要求温度低于所示，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，超过某某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程明工作过程（1 1）电路图如图所示：热敏电阻）电路图如图所示：热敏电阻R R1 1与滑动变阻器及电与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制
10、电路磁继电器构成低压控制电路 （2 2）工作过程：闭合）工作过程：闭合S S当温度低于设计值时热敏电阻阻当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，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 K接通电炉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，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K K断开，电炉丝断开，电炉丝断电，停止供热当温度低于设计值，又重复前述过断电，停止供热当温度低于设计值，又重复前述过程程 下图是电饭煲的电路图，下图是电饭煲的电路图，S1是一个磁钢限温开关，是一个磁钢限温开关
11、，手动闭合后，当此开关温度达到居里点手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103)时，会自动断时，会自动断开，且不能自动闭合开，且不能自动闭合S2是一个双金属片自动控温开关，当是一个双金属片自动控温开关，当温度低于温度低于70时，会自动闭合；温度高于时，会自动闭合；温度高于80时，会自动断时，会自动断开红灯是加热指示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻开红灯是加热指示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻R1R2500，加热电阻丝，加热电阻丝R350，两灯电阻不计，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，电饭温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之
12、比；煲消耗的电功率之比；(3)如果不闭合开如果不闭合开关关S1，能将饭煮熟吗？，能将饭煮熟吗？解析：(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，自动闭合，同时手动闭合同时手动闭合S1，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于加热状态加热到加热状态加热到80时，时，S2自动断开，自动断开，S1仍闭合水烧干后，仍闭合水烧干后，温度升高至温度升高至103时，开关时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态由于散热，待温度降至亮，电饭煲处于保温状态由于散热，待温度降至70时，时，S2自动
13、闭合，电饭煲重新加热；温度达到自动闭合，电饭煲重新加热；温度达到80时，时，S2又自动断开，又自动断开，再次处于保温状态再次处于保温状态(3)如果不闭合开关如果不闭合开关S1，开始，开始S2总是闭合总是闭合的，的，R1被短路，功率为被短路，功率为P1，当温度上升到，当温度上升到80时，时，S2自动断开，功率降为自动断开，功率降为P2，温度，温度降低到降低到70，S2自动闭合自动闭合温度只能在温度只能在7080之间变化，不能把水烧开，故不之间变化，不能把水烧开，故不能煮熟饭能煮熟饭 例例2.惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个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。
14、系统的重要元件是加速度计。加速度计加速度计的构造和原理的的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来的弹簧相连，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，可通过标尺静止，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。测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。1.设某段设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离时间内导
15、弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度，则这段时间内导弹的加速度 （）A.方向向左，大小为方向向左，大小为 k S/m B方向向右，大小为方向向右，大小为 k S/m C方向向左，大小为方向向左，大小为 2k S/m D.方向向右，大小为方向向右，大小为 2k S/mD01010UP2.若电位器（可变电阻）总长度为若电位器（可变电阻）总长度为L，其电阻均匀，两端接，其电阻均匀，两端接在稳压电源在稳压电源U0上，当导弹以加速度上，当导弹以加速度a沿水平方向运动时，与沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输出一个电信号产生位
16、移，此时可输出一个电信号U，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，试写出信息，试写出U与与a 的函数关系式。的函数关系式。01010UPU0解解：a=2kS/m S=ma/2kU=U0 Rx/R=U0 S/L=maU0/2kL=mU0 a/2kLa光传感器的应用光传感器的应用 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速和行程的装置示意图A为光源，为光源，B为光电接收为光电接收器，器，A、B均固定在车身上，均固定在车身上，C为小车的车轮，为小车的车轮，D为与为与C同轴相连的
17、齿轮车轮转动时，同轴相连的齿轮车轮转动时，A发出的光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，由电子电路记录和显示若实验显示单位时间内脉冲数为示若实验显示单位时间内脉冲数为n，累计脉冲，累计脉冲数为数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量，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的物理量和数据是_；小车速度的表达式；小车速度的表达式为为v_；行程的表达式为；行程的表达式为s_.这是一道以实际问题为背景的实验题，显然无法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
18、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但是题目给出了装置图，该图及题文中的相关说明给我们一定提了装置图，该图及题文中的相关说明给我们一定提示，光束原来是连续的，是转动的齿轮使光束变为示，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脉冲，因此脉冲情况必定与齿轮(或车轮或车轮)的转动有的转动有关，也就与速度和行程有关关，也就与速度和行程有关【规律总结规律总结】本题的理论依据是最基本的匀速运本题的理论依据是最基本的匀速运动中的速度、时间与位移的关系及角速度与线速度动中的速度、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、时间和行程的关系，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，要很好的解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，我们要关注周围的事物，经常想一想它们工作的原理与物理知识的关事物，经常想一想它们工作的原理与物理知识的关系，扩大眼界，开阔思路系，扩大眼界，开阔思路
