第三节传感器的应用第三节传感器的应用课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.了了解解生生产产生生活活中中常常用用传传感感器器的的敏敏感感元元件件及及工工作作原理原理2利利用用传传感感器器的的特特点点设设计计、制制作作简简单单的的生生产产、生活用品生活用品重点难点：重点难点：传感器的原理与结构传感器的原理与结构课前自主学案课前自主学案一、生活中的传感器一、生活中的传感器1与与温温度度控控制制相相关关的的家家用用电电器器：电电饭饭煲煲、电电冰冰箱箱、微微波波炉炉、空空调调机机、消消毒毒碗碗柜柜等等，都都用用到到_2红红外外传传感感器器：自自动动门门、家家电电遥遥控控器器、生生命命探探测测器器、非非接接触触红红外外测测温温仪仪以以及及防防盗盗、防防火火报报警警器等器等3光光敏敏传传感感器器和和家家用用便便携携式式电电子子秤秤的的_传传感器等感器等温度传感器温度传感器压力压力二、农业生产中的传感器二、农业生产中的传感器1温温度度传传感感器器：判判断断农农田田的的水水分分蒸蒸发发情情况况，自自动决定供水或停水动决定供水或停水2温温度度传传感感器器和和湿湿度度传传感感器器，可可对对上上百百个个点点进进行行_和和_监监测测由由于于有有了了十十分分先先进进可可靠靠的的测试技术，有效地减少了霉变现象测试技术，有效地减少了霉变现象三、工业生产中的传感器三、工业生产中的传感器1生生产产的的自自动动化化和和半半自自动动化化、机机器器人人、自自动动化化小小车车、自自动动机机床床、各各种种自自动动生生产产线线或或者者系系统统，代代替替人人完完成成加加工工、装装配配、包包装装、运运输输、存存储储等等工工作作各各种种传传感感器器使使生生产产的的自自动动运运行行保保持持在在最最佳佳状状态态，以以确确保保产产品品质质量量，提提高高效效率率和和产产量量，节约原材料等节约原材料等温度温度湿度湿度2在在数数控控机机床床中中的的位位移移测测量量装装置置，就就是是利利用用高高精精度度_传传感感器器进进行行位位移移测测量量，从从而而实实现现对对零零部件的精密加工部件的精密加工四、飞向太空的传感器四、飞向太空的传感器在在航航空空、航航天天技技术术领领域域，传传感感器器应应用用得得较较早早，也也应应用用得得较较多多，在在运运载载火火箭箭、载载人人飞飞船船中中，都都应应用用了了大大量量的的传传感感器器供供遥遥测测和和遥遥控控系系统统使使用用这这些些传传感感器器对对控控制制航航天天器器的的状状态态、接接收收和和发发送送信信息息、收收集集太太空空数数据据等等都都有有重重要要作作用用在在载载人人飞飞船船中中还还使使用用一一类类测测量量航航天天员员各各种种生生理理状状况况的的_传传感感器，如测量血压、心电图、体温等器，如测量血压、心电图、体温等位移位移生理生理核心要点突破核心要点突破一、传感器的一般应用模式一、传感器的一般应用模式传传感感器器是是将将所所感感受受到到的的物物理理量量(如如力力、热热、光光等等)转转换换成成便便于于测测量量的的量量(一一般般是是电电学学量量)的的一一类类元元件件其其工工作作过过程程是是：通通过过对对某某一一物物理理量量敏敏感感的的元元件件，将将感感受受到到的的物物理理量量按按一一定定规规律律转转换换成成便便于于测测量量的的量量，一一般般由由敏敏感感元元件件、转转换换器器件件、转转换换电电路路三三个个部分组成，如下面框表所示部分组成，如下面框表所示例如，例如，图图331许许多多食食品品加加工工设设备备(如如电电烤烤箱箱)都都要要控控制制在在一一定定的的温温度度范范围围内内工工作作，可可使使食食品品味味道道鲜鲜美美且且不不失失营营养养，如如图图331所所示示的的控控制制电电路路，开开始始工工作作时时，温温度度较较低低，Rt阻阻值值较较小小，继继电电器器吸吸合合，A与与C接接通通，电电热热丝丝L通通电电加加热热，达达到到一一定定温温度度T2时时，电电阻阻增增大大，继继电电器器放放开开，A与与B接接通通，灯灯亮亮铃铃响响，停停止止加加热热，温温度度降降低低到到某某一一值值T1时时，继继电电器器又又吸吸合合，A与与C接接通通，又又开开始始加加热热如如此此反反复复，维维持持在在一一定定的的温温度范围度范围(T1T2)内内空空调调、电电冰冰箱箱就就是是利利用用这这一一原原理理维维持持在在一一定定温度范围内的温度范围内的即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)(2011年年鞍鞍山山高高二二检检测测)按按照照你你对对以以下下几几种种传传感感器器的的理解填写下面表格中的空格理解填写下面表格中的空格.传感器名称传感器名称输入输入(或感受或感受)的量的量输出的物理量输出的物理量湿度计湿度计湿度湿度电学量电学量光电二极管光电二极管电学量电学量压强传感器压强传感器电学量电学量话筒话筒电学量电学量热电偶热电偶电学量电学量解解析析：光光电电二二极极管管感感受受光光信信号号，压压强强传传感感器器受受作作用用后后，将将位位移移信信号号转转化化为为电电信信号号，话话筒筒、热热电偶，分别感受声、温度信号电偶，分别感受声、温度信号答案：答案：光位移声温度光位移声温度二、如何理解电子秤的工作原理？二、如何理解电子秤的工作原理？电电子子秤秤是是一一种种力力传传感感器器的的应应用用实实例例这这种种传传感感器器的的工工作作原原理理如如图图332所所示示，弹弹性性梁梁右右端端固固定定，在在梁梁的的上上下下表表面面各各贴贴一一个个应应变变片片，在在梁梁的的自自由由端端施施加加力力F，则则梁梁发发生生弯弯曲曲，上上表表面面拉拉伸伸，下下表表面面压压缩缩，上上表表面面应应变变片片的的电电阻阻变变大大，下下表表面面的的电电阻阻变变小小F越越大大，弯弯曲曲形形变变越越大大，应应变变片片的的阻阻值值变变化化就就越越大大如如果果让让应应变变片片中中通通过过的的电电流流保保持持恒恒定定，那那么么上上面面应应变变片片两两端端的的电电压压变变大大，下下面面应应变变片片两两端端的的电电压压变变小小，传传感感器器把把这这两两个个电电压压的的差差值值输输出出外力越大，输出电压差值也就越大外力越大，输出电压差值也就越大图图332即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2在在科科技技活活动动中中某某同同学学利利用用自自制制的的电电子子秤秤来来称称量量物物体体的的质质量量如如图图333所所示示为为电电子子秤秤的的原原理理图图托托盘盘和和弹弹簧簧的的电电阻阻与与质质量量均均不不计计滑滑动动变变阻阻器器的的滑滑动动端端与与弹弹簧簧上上端端连连接接，当当托托盘盘中中没没有有放放物物体体时时，电电压压表表示示数数为为零零设设变变阻阻器器的的总总电电阻阻为为R，总总长长度度为为L，电电源源电电动动势势为为E，内内阻阻为为r，限限流流电电阻阻的的阻阻值值为为R0，弹弹簧簧劲劲度度系系数数为为k，不不计计一一切切摩摩擦擦和和其其他他阻阻力力，电电压压表表为为理理想想电电压压表表当当托托盘盘上上放放上上某某物物体体时时，电电压压表表的的示示数数为为U，求求此此时时称称量量物物体体的的质质量量图图333三、探究电冰箱中的传感器怎样工作？三、探究电冰箱中的传感器怎样工作？电电子子温温控控由由于于控控温温准准确确、使使用用寿寿命命长长、可可靠靠性性高高等等特特点点，在在冰冰箱箱中中被被广广泛泛采采用用冷冷藏藏室室传传感感器器用用于于感感知知冷冷藏藏室室温温度度，控控制制压压缩缩机机的的启启、停停当当冷冷藏藏室室蒸蒸发发器器的的表表面面温温度度上上升升到到3.5以以上上时时，冷冷藏藏室室传传感感器器发发出出指指令令，压压缩缩机机工工作作；当当冷冷藏藏室室蒸蒸发发器器表表面面温温度度低低到到2519(随随温温度度调调节节位位置置而而变变化化)时时；冷冷藏藏室室传传感感器器发发出出指指令令，压压缩缩机机停停止止工工作作冷冷冻冻室室传传感感器器是是专专为为冷冷冻冻室室除除霜霜而而设设计计的的冷冷冻冻室室温温度度很很低低，结结霜霜较较多多，通通过过安安装装在在冷冷冻冻室室内内的的电电热热丝丝开开始始加加热热，化化霜霜开开始始，室室内内温温度度慢慢慢慢升升高高，当当冷冷冻冻室室内内的的温温度度上上升升到到8.5以以上上时时，冷冷冻冻室室传传感感器器发发出出指指令令，将加热器断电，化霜结束将加热器断电，化霜结束四四、什什么么是是感感温温铁铁氧氧体体？它它在在电电饭饭锅锅中中起起什什么么作用？作用？电电饭饭锅锅中中应应用用的的温温度度传传感感器器，其其主主要要元元件件是是感感温温铁铁氧氧体体感感温温铁铁氧氧体体是是用用氧氧化化锰锰、氧氧化化锌锌和和氧氧化化铁铁粉粉末末混混合合烧烧结结而而成成的的它它的的特特点点是是：常常温温下下具具有有铁铁磁磁性性，能能够够被被磁磁体体吸吸引引，但但是是当当温温度度上上升升到到“居居里里温温度度”或或“居居里里点点”(约约103)时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了电电饭饭锅锅中中的的温温度度传传感感器器起起限限温温开开关关的的作作用用，手手动动闭闭合合，当当感感温温铁铁氧氧体体的的温温度度上上升升到到“居居里里点点”(约约103)时时，开开关关自自动动断断开开，且且不不能能自自动动复复位，以此来控制电饭锅中的温度位，以此来控制电饭锅中的温度课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一生活中的传感器生活中的传感器 如如图图334甲甲为为半半导导体体材材料料做做成成的的热热敏敏电电阻阻的的阻阻值值随随温温度度变变化化的的曲曲线线，图图乙乙为为用用此此热热敏敏电电阻阻R和和继继电电器器做做成成的的温温控控电电路路，设设继继电电器器的的线线圈圈电电阻阻为为Rx50，当当继继电电器器线线圈圈中中的的电电流流大大于于或或等等于于Ic(Ic20mA)时时，继继电电器器的的衔衔铁铁被被吸吸合合左左侧侧电电源源电电动动势势为为6V，内内阻阻可可不不计计，试试问问温温度度满满足足什什么么条条件件时，电路右侧的小灯泡会发光？时，电路右侧的小灯泡会发光？例例例例1 1【思路点拨】【思路点拨】结合闭合电路的欧姆定律分析结合闭合电路的欧姆定律分析【答案】【答案】50 【方方法法总总结结】有有关关热热敏敏电电阻阻的的传传感感器器应应用用问问题题，实实际际上上是是电电路路中中的的电电阻阻计计算算问问题题和和阻阻值值变变化化问问题题，基基本本方方法法是是根根据据欧欧姆姆定定律律确确定定电电阻阻，再再找找电电阻阻和和温温度度的的关关系系，或或先先根根据据温温度度确确定定电电阻，再求解其他物理量阻，再求解其他物理量类型二类型二与现代科技相关的传感器分析与现代科技相关的传感器分析 加加速速度度计计是是测测定定物物体体加加速速度度的的仪仪器器在在现现代代科科技技中中，它它已已成成为为导导弹弹、飞飞机机、潜潜艇艇或或宇宇宙宙飞飞船船等等制制导导系系统统的的信信息息源源图图335为为应应变变式式加加速速度度计计的的示示意意图图当当系系统统加加速速时时，加加速速计计中中的的敏敏感感元元件件也也处处于于加加速速状状态态敏敏感感元元件件由由两两弹弹簧簧连连接接并并架架在在光光滑滑支支架架上上，支支架架与与待待测测系系统统固固定定在在一一起起，敏敏感感元元件件的的下下端端可可在在滑滑动动变变阻阻器器R上上自自由由滑滑动动，当当系系统统加加速速运运动动时时，敏敏感感元元件件发发生生位位移移并并转转换换为为电信号输出已知敏感元件的质量为电信号输出已知敏感元件的质量为m，两侧弹，两侧弹例例例例2 2簧簧的的劲劲度度系系数数均均为为k，电电源源电电动动势势为为E，电电源源内内阻阻不不计计，滑滑动动变变阻阻器器的的总总电电阻阻值值为为R，有有效效长长度度为为l，静静态态时时输输出出电电压压为为U0，试试推推导导加加速速度度a与输出电压与输出电压U的关系式的关系式图图335类型三类型三农业中的传感器农业中的传感器 有有自自动动控控制制功功能能的的蔬蔬菜菜大大棚棚，要要靠靠传传感感器器感感知知作作物物生生长长所所需需的的各各种种信信息息图图336所所示示为为蔬蔬菜菜大大棚棚内内信信息息采采集集与与自自动动控控制制示示意意图图试试结结合合图图上上信信息息，分分析析讨讨论论：(1)在在种种植植蔬蔬菜菜大大棚棚中中要要用用到到哪些传感器？它们的作用是什么？哪些传感器？它们的作用是什么？(2)为为了了控控制制大大棚棚中中蔬蔬菜菜的的生生长长条条件件，还还需需要要哪哪些些设施与传感器配合使用？设施与传感器配合使用？例例例例3 3【精精讲讲精精析析】(1)在在蔬蔬菜菜大大棚棚中中要要用用到到检检测测光光照照的的光光敏敏传传感感器器，检检测测温温度度的的温温度度传传感感器器，检检测测空空气气湿湿度度和和土土壤壤湿湿度度的的湿湿度度传传感感器器，检检测二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器等测二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器等(2)配配套套设设施施有有调调节节光光照照的的遮遮阳阳棚棚，调调整整温温度度的的加加热热装装置置，调调整整湿湿度度的的通通风风加加湿湿装装置置和和喷喷淋器，调整二氧化碳浓度的自动排气装置淋器，调整二氧化碳浓度的自动排气装置【答案】【答案】见精讲精析见精讲精析变变式式训训练练 (单单选选)机机器器人人技技术术发发展展迅迅速速，以以下下哪哪方面是现有的机器人不能很好地完成的方面是现有的机器人不能很好地完成的()A汽车工业中自动焊接领域汽车工业中自动焊接领域B深水探险深水探险C艺术体操和与人对话艺术体操和与人对话D机械加工机械加工解解析析：选选C.现现有有的的机机器器人人技技术术限限于于制制造造工工艺艺、计计算算机机技技术术和和传传感感器器技技术术，还还很很难难达达到到类类似似人人对对肢肢体体的的控控制制能能力力，其其动动作作精精确确但但较较僵僵硬硬，语语音音识识别别能能力力还还很很差差，在在其其他他几几个个方方面面机机器器人人都都表现很佳表现很佳