本章总结
传感器的应用
以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起,在实际问题中既可以直接考查传感器知识,也可以考查敏感元件的敏感特性.几种传感器及与其相联系的物理知识,如下表.
传感器种类
敏感元件
与之相联系的物理知识
光电传感器
光敏电阻
直流电路动态分析
温度传感器
热敏电阻
直流电路问题
力传感器
压敏电阻等
力学、运动学与直流电路
电容传感器
电容
力学、运动学与含容电路
【例题】 如图所示的装置可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示.当系统绕轴OO'转动时,元件A发生位移变化并输出相应的电压信号,成为飞机、卫星等的制导系统的信息源.已知A的质量为m,弹簧的劲度系数为k,自然长度为l,电源的电动势为E,内阻不计.滑动变阻器总长也为l,电阻分布均匀,系统静止时P在B点,当系统以角速度ω转动时,试写出输出电压U与ω的函数式.
思路点拨:系统角速度ω变化→弹簧长度变化→滑片位置变动→输出电压U变化
解析:设弹簧伸长x,则kx=mω2(l+x)
所以x=mω2l/(k-mω2)
设滑动变阻器单位长度的电阻为r1
U=IRx=Exr1/(lr1)=Ex/l
所以U=Emω2/(k-mω2).
答案:U=Emω2/(k-mω2).
传感器感受的通常是非电学量,如力、热、磁、光、声等,而它输出的通常是电学量,再送给控制系统产生各种控制动作,传感器原理如框图所示.
非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量
针对训练:如图所示为大型电子地磅电路图,电源电动势为E,内阻不计,不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器接入电路的有效电阻最大,电流最小;称物体时,在压力作用下滑片P下滑,滑动变阻器的有效电阻变小,电流变大.这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的重力值.若滑动变阻器上A、B间距离为L,最大阻值等于定值电阻的阻值R0,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为k,则所称重物的重力G与电流大小I的关系为( )
A.G=(2-)kL B.G=(-1)kL
C.G=(+1)kL D.G=kIL
解析:物体放在磅上时,弹簧压缩量为Δx,则kΔx=mg,滑动变阻器电阻变化Rx,则=,所以Rx=R0=mg,由欧姆定律I=,则E=I(2R0-mg),解得物体的重力G=mg=(2-)kL,故A正确.
答案:A.
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