【物理】《传感器的应用（一）》课件（新人教选修3-2）.ppt

(一)
复习问题
请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件?
光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏
电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。
霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这
个电学量。
传感器应用的一般模式:
传感器
转换或放大电路
执行机构
仪表显示
微机系统
力电传感器的应用——电子秤
(1)电子秤使用的测力装置是什么?它是由
什么元件组成的?
(2)简述力传感器的工作原理。
(3)应变片能够把什么力学量转化为什么电
学量?
3、应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电
学量
1、电子秤的测力装置是力传感器,它是由一个金属梁和两
个应变片一起组成了测力部分。
2、在金属梁没有力的情况下,金属梁处于水平状态,梁
的上下应变片的长度没变且相等,两应变片的电阻大小
也相等,当给金属梁施加竖直向下的力时,金属梁会向
下弯曲,使得金属梁上面的应变片被拉长,电阻变大,
两端电压也变大,而下边的应变片被挤压收缩,电阻变
小,两端的电压也减小,使得两应变片两端电压值不相
等,存在差值,控制电路就通过这个差值,经过放大电
路将差值信号放大,再在显示器上显示出数字,即力F
的大小。

确的是 ( )

,其电阻变大;反之,
变小

,输出的电压差值也越大
A B D
例1:(1)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示意图如图示,沿导弹长度方向安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,可通过标尺测出滑块的位移,然后通过控制系统进行制导。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S,则这段时间内导弹的加速度( )
A. 方向向左,大小为 k S/m
,大小为 k S/m
,大小为 2k S/m
D. 方向向右,大小为 2k S/m
0
10
10
U
P
D
(2)若电位器(可变电阻)总长度为L,其电阻均匀,两端接在稳压电源U0上,当导弹以加速度a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,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a 的函数关系式。
0
10
10
U
P
U0
解:a=2kS/m
∴ S=ma/2k
U=U0 Rx / R = U0 S / L
=maU0 / 2kL
=mU0 a / 2kL∝a
力电转换器
+
+
-
-
输出
输入
受压面
例2:某学生为了测量一个物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力(比例系数为k)如图所示,测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0;而后在其受压面上放上物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。
现有下列器材:力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体(可置于力电转换器的受压面上)。请完成对该物体的测量m。
(1)设计一个电路,要求力转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,在方框中画出完整的测量电路图。
(2)简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m。
(3)请设想实验中可能会出现的一个问题。
力电转换器
+
+
-
-
输出
输入
受压器
S
V
R
解析: (1)设计的电路图如图所示,输入电压采用分压接法目的是让电压可调范围尽可能大。
(2)测量步骤:
①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零。
②将质量为m0的砝码放在转换器上,记下输出电压U0。
③将待测物体放在转换器上,记下输出电压U1,由U0=km0g得k=U0/m0g,测得U1=kmg,所以m=m0U1/U0。
(3)可能出现的问题
①因电源电压不够而输出电压
调不到零。
②待测物体质量超出转换器量程。