高中粤教版 (2019)第三节 用传感器制作自动控制装置图文课件ppt

这是一份高中粤教版 (2019)第三节 用传感器制作自动控制装置图文课件ppt，共52页。PPT课件主要包含了关键能力合作探究，课堂检测素养达标，课时作业巩固演练，被测量，可用信号，非电学量，电学量，敏感元件，转换元件，转换电路等内容，欢迎下载使用。

必备知识 自主学习
[知识梳理]一、什么是传感器1．定义：能够感受到 的信息，并将其按照一定的规律转化为 的器件或装置。传感器通常是将 转换成 。2．传感器一般由 、 和 三部分组成。
二、传感器的分类1．根据检测量的不同，传感器可以分为 、 和 等。2．物理传感器主要利用被测物理量(如压力、温度、位移、亮度等)变化时， 的电学量(如电阻、电压、电容等)发生明显变化的特性制成，如压电传感器、光电传感器、加速度传感器、温度传感器等。
三、温度传感器的原理1．温度传感器是一种将温度变化转换为 变化的装置。2．常见温度传感器的敏感元件有热敏电阻、 、热双金属片等。热敏电阻是利用半导体材料的 随 的变化而变化的特性来实现温度测量的。
3．热敏电阻可分为三类：第一类，正温度系数热敏电阻，它的阻值随温度的上升而 ；第二类，负温度系数热敏电阻，它的阻值随温度的上升而 ；第三类，临界温度系数热敏电阻，它的阻值在很小的温度范围内 。4．原理：只要知道了热敏电阻的温度特性，即可依据电阻与温度的关系，将温度这一热学量转化为电阻阻值这一电学量。
四、光电传感器的原理1．光电传感器是一种能够感受光信号，并按照一定规律把光信号转化成 的传感器。 是光电传感器的敏感元件。2．无光照射时，光敏电阻的阻值 ；有光照射时，光敏电阻的阻值 ，并且随光照的增强而 。根据它们的电阻特性即电阻与光照强度的关系，可以将光照强度这一光学量转化为 这一电学量，这就是光电传感器的原理。
五、传感器的应用1．生活中的传感器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机等与温度控制相关的家用电器，几乎都要用到 传感器；自动门、家电遥控器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等，均使用了 传感器；此外还有照相机中的 传感器、家用便携式电子秤的 传感器。
2．农业生产中的传感器：利用 传感器判断农田的水分蒸发情况，自动执行供水或停水。自动化温室种植在 传感器的帮助下实现自动控温。现代粮库采用 传感器和 传感器，可对上百个储粮点进行温度和湿度监测。3．工业生产中的传感器：汽车生产线上的焊接机器人通过 传感器测量与焊缝的距离，识别焊件的形状、颜色，通过 传感器完成零件的抓取，通过 传感检测焊道附近母材的温度，通过 传感器检测焊接电压和电流，监测和控制焊接过程的质量。
4．航天航空中的传感器常见的有将火箭在飞行过程中受到的各种压力实时记录下来的 传感器和测量航天员各种生理指标的 传感器。
[自主评价]1．判断正误(1)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。( )(2)所有传感器的材料都是由半导体材料做成的。( )(3)传感器只能感受温度和光两个物理量。( )(4)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量。( )
2．情景思考热敏电阻是温度传感器中的重要元件，是不是所有的热敏电阻的阻值都随温度的升高而下降？提示：不是。正温度系数热敏电阻器在温度升高时电阻值增大，负温度系数热敏电阻器在温度升高时电阻值减小。
提示：它是声电传感器，输入的是声信号，输出的是电信号。
(2)传感器的组成①敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。②转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的，与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。③转换电路：是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等。
2．传感器的原理传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再传送给控制系统产生各种控制动作。
[解析]　定值电阻R′和滑动变阻器是串联的，当油箱中的油量减少时，浮标下降，杠杆的左端下降，右端上翘，滑动变阻器连入电路的电阻增大，分担的电压增大，定值电阻分担的电压减小，所以电压表应接在c、d之间与定值电阻并联；油量减少，电压表示数减小。[答案]　c、d　减小
电学量具有便于控制、放大、衰减、波形整理、显示、储存、远距离传输等技术方面的优点，尤其是将电学量与计算机技术结合，可以方便地实现信息的采集、处理、输出的自动化和智能化，所以现代信息技术与自动控制中常将非电学量转化成电学量进行信息收集。
针对训练1．(多选)传感器担负着信息采集的任务，它可以(　　)A．将力学量(如形变量)转变成电学量B．将热学量转变成电学量C．将光学量转变成电学量D．将电学量转变成力学量
解析：传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件，故选项A、B、C对，选项D错。答案：ABC
2．传感器在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)、显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成。
压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，g取10 m/s2。请回答：
(1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘________A处。(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，则这个人的体重是________kg。
答案：(1)1.6×10－2　(2)50
提示：当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次。
1．光敏电阻的导电特性光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强。
2．正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻的特点(1)负温度系数热敏电阻：用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。图①所示为某负温度系数热敏电阻的电阻—温度特性曲线。(2)正温度系数热敏电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，如图②所示，这样的电阻也可以制作温度传感器。
[思路点拨]　解答本题时可按以下思路分析：
传感器问题中的电路动态分析的四点注意(1)如果涉及光敏电阻，必须明确光照情况怎样变化，从而判断出其阻值的变化。(2)如果涉及热敏电阻，必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况，从而判断其阻值的变化。(3)如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析。(4)结合电路结构特点及局部阻值的变化，根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化。
针对训练3．如图所示，将一光敏电阻接在多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针自左向右的偏角为θ。现用手掌挡住部分光线，表针自左向右的偏角为θ′，则可判断(　　) A．θ′＝θ　　　　B．θ′＜θC．θ′＞θ D．不能确定
解析：光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，阻值变大，由欧姆挡的特点知，指针左偏，故指针自左向右的偏转角度变小，故选B。答案：B
4．如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)，L为小灯泡，当温度降低时(　　)A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱
解析：R2与灯泡L并联后再与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的电阻值增大，外电路电阻增大，电流表示数减小，灯泡L两端的电压增大，灯泡的亮度变强，R1两端的电压减小，故只有C正确。答案：C
霍尔传感器的应用霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。一般用于电机中测定转子的转速，如录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等。(1)霍尔元件的工作原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)。
A．将永磁铁的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
1．(多选)关于传感器的作用，下列说法中正确的有(　　)A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制B．传感器可以用来采集信息C．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量D．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量
解析：传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不能直接用来进行自动控制，A选项错误；传感器可以用来采集信息，B选项正确；传感器分不同种类，每种传感器只感受到特定的信号、并把采集到的信号转化为电学量，C选项正确，D选项错误。答案：BC
2．如图甲所示，在光敏电阻R2上加上如图乙所示的光照，那么R2两端的电压变化是下列图中的(　　)
解析：光敏电阻阻值随光照的增强而减小，根据题图乙知R2两端的电压随之同频率先减小后增大，但不会是零，所以选B。答案：B
3．(多选)在如图所示的电路中，当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时，电流表示数增大，则说明(　　) A．在温度越高时，热敏电阻阻值越小B．在温度越高时，热敏电阻阻值越大C．半导体材料温度升高时，导电性能变差D．半导体材料温度升高时，导电性能变好
解析：由电流表的变化判断半导体的电阻的变化，温度升高时，电路中总电流增大，由闭合电路欧姆定律可知，总电阻减小，则热敏电阻阻值减小，导电性能变好，故A、D正确。答案：AD
4.传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用，如计算机鼠标中有位移传感器，电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器，如图是演示位移传感器的工作原理图，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的滑动触头滑动，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小，假设电压表是理想的，则下列说法正确的是(　　)A．物体M运动时，电源内的电流会发生变化B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化C．物体M不动时，电路中没有电流D．物体M不动时，电压表没有示数
解析：由于电压表是理想的，因此滑片P移动时，不改变闭合电路的电阻，电源内的电流不发生变化，即电流恒定，A、C错误；物体M运动时，电压表所测电压是变化的，M不动时，电压表示数恒定，B正确，D错误。答案：B
5.(新情景题)利用现代信息技术进行的实验叫作DIS实验，DIS由传感器、数据采集器和计算机组成。如图所示为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图，图中①所示的器材为(　　)A．位移传感器　　　　　B．速度传感器C．时间传感器 D．光电门传感器