优秀教案系列
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第2节常见传感器的工作原理及应用
教学分析
教学分析
教材分析
本节的教学内容是了解光敏电阻、热敏电阻以及电阻应变片的工作原理,及其在现实生活中的应用。传感器不是一成不变的,它是针对特定的工作需要而制作出来的。
教学目标
1.了解传感器的概念,知道非电学量转化为电学量的技术意义。
2.知道传感器是如何将非电学量转化为电学量的物理过程,培养学生理论联系实际的思维习惯。
3.开阔学生视野,使其广泛了解传感器在社会生产中的应用。
4.在了解传感器工作原理及应用的同时,知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值,增强学生的学习兴趣,培养良好的科学态度。
教学重难点
重点:了解各种传感器的工作原理。
难点:知道不同传感器在实际生产中应用时所涉及的物理原理。
教学方法
讲授法。
课时安排
1课时
教学准备
多媒体课件。
教学
教学设计
一、情境导入
我们知道,传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量,并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。那么,常见的传感器是怎样感知非电学量,并将其转换为电学量的呢?利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢?
图5.2-1
二、新课讲授
(一)光敏电阻
1.光敏电阻的制作
图5.2-2
特定材料:硫化镉,有光,电阻率小;无光,电阻率大。
制作:把硫化镉涂敷在绝缘板上,在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的梳状电极,这就制成了一个光敏电阻。
2.光敏电阻的特性与原理
图5.2-3
实验:观察光敏电阻特性
将一只光敏电阻接到多用电表的两端,选择开关置于倍率为×100的电阻挡。在室内自然光的照射下,电阻约有多大?用手掌遮光时电阻又是多少?用阳光直接照射呢?
换用一只普通的电阻,小心地把它表面的漆层除去一些,使里面的导电膜露出来接受光照。重做上述实验,结果相同吗?
图5.2-4
结论:(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大,随着光照强度的增大阻值不断减小,强光照射下电阻值很小。
(2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
3.光敏电阻的应用——计数器
图5.2-5
A是发光仪器,B是接收光信号的仪器。
无物品→光照→小电阻→低电压;有物品→挡光→大电阻→高电压。
这种高低交替变化的信号经过处理,就会转化为相应的数字,实现自动计数的功能。
(二)金属热电阻和热敏电阻
1.原理与特性
1金属热电阻2热敏电阻
图5.2-6
图5.2-7
特性:金属的电阻率随温度的升高而增大。
2.应用——电阻温度计
原理:把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
实验:观察热敏电阻特性
将多用电表的选择开关调到电阻挡(注意选择适当的倍率),然后仿照如图5.2-3所示的方法,将一只热敏电阻连接到多用电表表笔的两端。
图5.2-8
分别用酒精灯和冷水改变热敏电阻的温度,观察电阻的变化情况。
3.应用——低油位报警装置
图5.2-9
油位高→大电阻→灯不亮;油位低→小电阻→灯亮→报警。
(三)电阻应变片
1.原理与特性
图5.2-10
根据电阻的决定式R=ρL
拉力→L变长→S变小→大电阻;压力→L变短→S变大→小电阻。金属导体在外力作用下发生机械形变(伸长或缩短)时,其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象,称为金属的电阻应变效应。
原理:能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
2.应用——电子秤(力传感器)
图5.2-11
在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩,上表面应变片的电阻变大,下表面应变片的电阻变小。力F越大,弯曲形变越大,应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定,那么上表面应变片两端的电压变大,下表面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大,输出的电压差值也就越大。
原理:把形变这个力学量转换为电压这个电学量。
力传感器除了可以测量重力外,应变式力传感器也用来测量其他各种力,如汽车和卷扬机的牵引力等。
图5.2-12
(四)电容式位移传感器
电容式位移传感器能够把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。
图5.2-13
拓展学习:霍尔元件
霍尔效应
图5.2-14
霍尔元件
图5.2-15
利用霍尔元件测量微小位移
图5.2-16
洛伦兹力等于电场力:qUH
电流微观表达式:I=nq(bd)v
联立得UH=IB
令K=1
所以UH=KIB
评价反馈
评价反馈
按照你对以下几种传感器的理解,填写下面的表格,并和同学们讨论可能的工作原理。
传感器名称
输入的物理量
输出