6-4 传感器的应用实例教案

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1、 假设流体的电阻率为ρ，如果不考虑电流表的内阻，则流速可计算如下

A.B.

C.D.

2、 当导电液体稳定地流过流量计时，流量计的上下表面连接在与管外电阻R串联的电流表两端，I代表测得的电流值。图中流量计上下表面为金属材料，前后表面为绝缘材料。现在在流量计上加一个磁感应强度为B的均匀磁场，磁场方向垂直于前后表面。为简单起见，假设流量计是一段矩形截面的管道，如图7所示，其中空的部分的长、宽、高分别为。

3、 跟踪练习五:电磁流量计广泛用于测量管道中导电流体(如污水)的流量(单位时间内通过管道横截面的流体体积)。

(3)当导体板上下两侧的电位差为U时，电子所受的静电力为。

4、 (4)根据静电力和洛仑兹力的平衡条件，证明霍尔系数k=，其中n代表导体板单位体积内的电子数。

(2)电子上的洛伦兹力是

5、 设电流I由电子定向流动形成，电子平均定向速度为V，电量为e，回答以下问题:

6、 (1)当达到稳态时，导体板上的上侧A的电势低于下侧A的电势(填充更高、更低或相等)

7、 霍尔效应可以这样解释:外磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，多余的正电荷出现在导体板的另一侧，从而形成横向电场。横向电场对电子施加与洛伦兹力相反的静电力，当静电力和洛伦兹力达到平衡时，导体板的上下两侧就会形成稳定的电位差。实验表明，磁场不强时，电位差U，电流I和B的关系为U=k，公式中的比例系数K称为霍尔系数。

(1)当托盘上没有物体时，托盘自身重力作用下P1和A之间的距离XL。

(2)质量为M的物体放在托盘上，P1到A的距离为x2。

(3)托盘上未放置物体时，通常先认可零点。方法是调整P2，使P2和A之间的距离为x1，使PP2之间的电压为零。标定零点后，将物体M放在托盘上，推导出物体质量M与PP2之间电压U的函数关系。

追踪练习3:磁场有能量，磁场中单位体积的能量称为能量密度，其值为。其中B是磁感应强度、磁导率和空气中的已知常数。为了近似测量条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B，学生用一个端面面积为A的条形磁铁夹住一个同样面积的铁片P，然后用力将铁片拉离磁铁一小段距离，测得拉力F，如图所示。因为

温度传感器的应用

【例4】家用电灭蚊器的电热部分的主要成分是PTC元件，它是由邻苯二甲酸钡等半导体材料制成的电阻。其电阻率与温度的关系如图所示。正因为这一特性，PTC元件具有加热和控温的双重功能。下列说法正确的是()

A.通电后，其功率先增大后减小。

B.通电后，其功率先减小后增大。

c，当产生的热量与放出的热量相等时，温度从t1到t2保持在某一值。

D.当它产生的热量等于放出的热量时，温度保持在t1或t2。

轨迹四:一般电熨斗使用合金丝作为发热元件，合金丝的电阻与温度T的关系如图中实线①所示。由于熨斗的散热能力因环境温度、熨烫衣物的厚度、干湿程度的不同而不同，因此熨斗的温度可能会在较大范围内波动，容易损坏衣物。

有一种叫“PTC”的特殊材料电熨斗，其主要成分是BaTiO3，作为发热元件，具有升温快、自动控温的特点。PTC材料的电阻与温度变化的关系如图中实线②所示。试按图分析:

(1)为什么原本处于冷状态的PTC电熨斗通电后升温速度比普通电熨斗快？

(2)电熨斗通电一段时间后，温度T自动稳定在T_____。

霍尔元件的应用

【例5】如图所示，将一块厚度为H、宽度为D的导体板置于垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中。当电流通过导体板时，导体板的上侧A和下侧A’之间会产生电位差。这种现象被称为霍尔效应。

力传感器的应用

【例3】如图，是一个电子秤的原理示意图。AB为均匀滑动阻力，电阻值为R，长度为l，两侧分别有两个PP2的滑动头。P1可以在水平状态下在具有平滑垂直绝缘的固定杆MN上自由上下滑动。当弹簧处于原始长度时，P1正好指向A端，P1与托盘固定连接。如果PP2之间有电压，电压会被放大。信号转换后，物体的重力会显示在显示屏上。已知弹簧刚度系数为K，托盘本身质量为m0，电源电动势为E，忽略内阻，重力局部加速度为g。

针对练习1:如图，R 1为恒电阻，R 2为负温度系数热敏电阻(负温度系数指的是电阻随温度升高而减小的热敏电阻)，L为小灯泡。当温度下降时()

A.R1的电压增加了。

B.电流表的读数增加。

C.小灯泡的亮度变得更强。

D.小灯泡的亮度变弱

光敏电阻的特性

【例2】如图，RR2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻。当照射光的强度增加时，()

A.电压表的读数增加，R2中的电流减小。

C.小灯泡的功率增加d .电路的端电压增加。

跟踪练习2:如图所示，将多用表的选择开关设置到欧姆位置，然后将表的两个探头分别接在光敏电阻Rt的两端，使指针正好指向表盘的中间。如果Rt用不透明的黑纸包裹，指针会转向_ _ _ _ _ _(填“左”或“右”)；如果Rt被手电筒照亮，指针将转向_ _ _ _ _ _ _ _ _(填写“左”或“右”)

当热敏电阻感应到更高的温度时发出警报，R1的电阻值应该增加还是减少？

(2)阐述和实践

热敏电阻的特性

【例1】如图所示，将万用表的选择开关拨到“欧姆”位置，然后将万用表的两个探针分别接在负温度系数热敏电阻R t的两端(负温度系数是指电阻随温度升高而减小的热敏电阻)。这时，仪表的指针正好指向表盘的中间。如果在R t上擦一些酒精，仪表的指针会转到_ _ _ _ _ _ _ _ _(填“左”)如果用吹风机向电阻器吹热风，指针会移动到_ _ _ _ _ _ _ _ _(填“左”或“右”)。

8.如图，是光控电路。发光二极管LED用来模仿路灯，RG是光敏电阻，R1最大阻值51kω，R2 330kω。试分析一下它的工作原理。

如果想让路灯在比较暗的时候打开，应该增大还是减小R1的电阻值？

9.试分析如图所示温度报警电路的工作原理。

(6)鼠标:应用_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

(7)火灾报警器:适用于_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _系统

(5)温度计:_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _的应用

(4)电饭煲:适用于_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _的应用

(3)电烙铁:适用于_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _的应用

(1)电子秤:应用_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _电子天平

(2)麦克风:_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _的应用

7.指出在以下传感器应用的例子中，所应用的传感器或主要元件的外力越大，两个表面之间的电压差就会越大

6.常用的力传感器由_ _ _ _ _ _ _ _ _和_ _ _ _ _ _ _ _ _组成

(3)课堂总结和点评

本课主要研究了以下问题:

光控开关

温度警报

传感器应用实例

案例研究

电磁继电器和自动控制

【例1】有几个热敏电阻，电炉丝，电源，电磁继电器，滑动变阻器，开关，电线。如图，试设计一个温度控制电路。当温度低于一定温度时，电炉丝自动通电供热，当温度超过一定温度时，可自动断电。画一个电路图来解释工作过程。

第六章感觉器官

(1)梳理本章知识结构(投射复习大纲，可打印分发，要求学生课后预习完成)

1.什么是传感器？是什么样的组件？

2.热敏电阻和金属热敏电阻是一回事吗？它们的电阻值是如何随温度变化的？

3.霍尔电压UH = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

4.光敏电阻有什么特点？

5.传感器应用的一般模式是什么？请画一幅画。

在室温下，调节R1的电阻值，使施密特触发器的输入端A处于低电平，输出端Y处于高电平。没有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不响。当温度升高时，热敏电阻RT的阻值减小，施密特触发器输入端A的电位升高。当达到一定值(高电平)时，其输出端由高电平跳变到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声。报警温度随Rl的电阻值而变化。

热敏电阻感应到较高温度时如何报警？

为了使热敏电阻在感应到更高的温度时发出警报，应该减小R1的电阻。如果施密特触发器的输入端要达到高电平，R1的阻值越小，热敏电阻的阻值越低，即温度越高。

分组试着分析它的工作原理。

2.温度警报

上一节我们研究了火灾报警器，它是利用烟雾对光的散射作用，使火灾发出的光引起光敏电阻的电阻值发生变化，从而达到报警的目的。有没有想过这种设计的敏感是否值得？既然发生火灾时环境温度会升高，那么我们是否可以用温度传感器来进行火灾报警呢？

(投影)温度报警器的工作电路，如图所示。

白天亮时，光敏电阻RG的阻值小，施密特触发器输入端A的电位低，则输出端Y输出高电平，线圈中没有电流，工作电路被阻断；当黑暗时，光敏电阻RG的电阻增加，施密特触发器的输入端A的电位上升。当它上升到一定值时，输出端Y突然从高电平跳到低电平。线圈A中流过电流，电磁继电器工作接通工作电路，路灯自动点亮。天亮后，RG的电阻值减小，施密特触发器的输入端A的电位逐渐降低到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，使线圈A中没有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭。

分组实验

(2)用白炽灯模仿路灯，为什么要用继电器？

因为集成电路允许的电流小，要模仿白炽灯泡的路灯，就要用继电器来开闭工作电路。

(投影)电磁继电器的工作电路如图所示。图中虚线框为电磁继电器，D为动触头，E为静触头。试析电磁继电器的工作原理。

当线圈A通电时，铁芯内产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触头D向下与E接触，接通工作电路。当线圈A中的电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧的作用下下拉，带动触点D与E分离，自动切断工作电路。

解释控制电路的工作原理。

(2)讲授新课

实验灯光控制开关

1.实验原理和知识准备

(投影)如图，灯光控制电路用LED模拟路灯，RG为光敏电阻，R1最大阻值为51kω，R2为330kω。试分析一下它的工作原理。

白天，当光强较高时，光敏电阻RG的阻值较低，施加在施密特触发器A端的电压较低，输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当颜色暗到一定程度时，RG的电阻值增大到一定值，施密特触发器输入端A的电压上升到一定值(6V)，输出端Y突然从高电平跳变到低电平，使LED开启发光(相当于路灯照明)，从而达到黎明关路灯，黑夜自动开启的目的。

(1)如果想让路灯在比较暗的时候打开，应该增大还是减小R1的电阻值？为什么？

要增大R1的电阻值，使施密特触发器输入端A的电压达到一定值(例如6V)，RG的电阻值需要更大，即天空更暗。

教学手段

相关设备、部件等。实验中使用的材料应由实验室准备。

教学过程

(一)引入新课程

随着人们生活水平的提高，传感器在工农业生产中的应用越来越广泛，如楼道中的声光控制开关、温度报警器、孵蛋用的保温箱、路灯的自动控制、银行门口的自动门等。没有电子电路，传感器就无法工作。传感器只是将非电量转化为电量，电量的放大和处理都是由电子元件组成的电路来完成的。

在这节课中，我们将组装灯开关或温度报警器。

教学方法

实验、观察和讨论。

灯光控制电路和温度报警电路的工作原理

2.温度报警器的电路工作原理

教学重点和难点

1.了解施密特触发器的工作特性，能够分析光控电路的工作原理。

(3)情感、态度和价值观

在实验中，通过动手组装和调试，增强了理论联系实际的意识，激发了学习兴趣，培养了良好的科学态度。

(2)流程和方法

通过实验培养动手能力，实现传感器在实践中的应用。

2.通过实验，加深对传感器作用的理解，培养自己的动手能力。

6.4传感器的应用示例

教学目标

(1)知识和技能

1.理解两个实验的基本原理