传感器的应用
传感器的应用
力电传感器:主要是利用敏感元件和 变阻器把力学信号(位移、速度、加 速度等)转化为电学信号(电压、电 流等)的仪器。力电传感器广泛地应 用于社会生产、现代科技中,如安装 在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的 惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等
力电传感器:主要是利用敏感元件和 变阻器把力学信号（位移、速度、加 速度等）转化为电学信号（电压、电 流等）的仪器。力电传感器广泛地应 用于社会生产、现代科技中，如安装 在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的 惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等
例1: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m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皿 (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。 受压面 输入 输出 力电转换器|十
例1：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 ＋ － － 输入 输出 受压面
(1)设计电路如图 受压面 输入 +输出 力电转换器 E S (2)测量步骤与结果:①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零, ②将砝码放在转换器上,记下输出电压U,③将待测物放在转换器上, 记下输出电压U 由U-kmg,得k=Uo/mg U=kmg,所以mmU/U
(1) 设计电路如图 (2) 测量步骤与结果:①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零, ②将砝码放在转换器上,记下输出电压U0 ,③将待测物放在转换器上, 记下输出电压U 由U0 =km0 g,得k=U0 /m0 g U=k m g,所以 m=m0 U/U0
例题2:(风力测定仪)如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图,图中P为 金属球,悬挂在一细长裸金属丝下面,0是悬挂点,R0是保护电阻,CD是水平放 置的光滑电阻丝,与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触,无风时细金属丝 与电阻丝在C点接触,此时电路中的电流为Ⅰ,有风时细金属丝将偏转一角度θ (θ与风力大小有关),细金属丝与电阻丝在C/点接触,已知风力方向水平向左 0Ch,CD,球的质量为M,电阻丝单位长度的电阻为k,电源内电阻和细金 属丝电阻均不计,金属丝偏转0角时,电流表的示数为I,此时风力大小为F, 试写出: R ①风力大小F与0的关系式; 电 ②风力大小F与电流表示数I的关系式 源 ③此装置所测定的最大风力是多少? D
例题2：（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P为 金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，R0是保护电阻，CD是水平放 置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝 与电阻丝在C点接触，此时电路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度θ （θ与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在C /点接触，已知风力方向水平向左 ，OC=h，CD=L，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内电阻和细金 属丝电阻均不计，金属丝偏转θ角时，电流表的示数为I /，此时风力大小为F， 试写出： ①风力大小F与θ的关系式； ②风力大小F与电流表示数I/的关系式。 ③此装置所测定的最大风力是多少？ R0 O P D B θ C A 电 源
例3(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,沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上 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 ()D A.方向向左,大小为kS/m B.方向向右,大小为kSm 10 C.方向向左,大小为2kS/m D.方向向右,大小为2kSm
例3(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，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上 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 B．方向向右，大小为 k S/m C．方向向左，大小为 2k S/m D. 方向向右，大小为 2k S/m 10 0 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 解:a=2kS/n S=ma/2k U=UO RX/R=UOS/L -maO/2KL =mU0a/2kL∝a
(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。 10 0 10 U P U0 解：a=2kS/m ∴ S=ma/2k U=U0 Rx / R = U0 S / L =maU0 / 2kL =mU0 a / 2kL∝a
例题4:加速度计是测定物体加速度的仪器,它已成为导弹、飞机 潜艇后宇宙飞船制导系统的信息源。如图为应变式加速度计示意图, 当系统加速时,加速度计中的敏感元件也处于加速状态,敏感元件 由弹簧连接并架在光滑支架上,支架与待测系统固定在一起,敏感 元件下端的滑动臂可在滑动变阻器R上自由滑动,当系统加速运动时, 敏感元件发生位移,并转化为电信号输出,已知:敏感元件的质量 为m,两弹簧的劲度系数为k,电源的电动势为E,内电阻不计,滑 动变阻器的总电阻为R,有效长度为L,静态时输出电压为U0。试求 加速度a与输出电压U的关系式。 ①滑动触头左右移动过程中, 电路中电流如何变化? WAM敏感MW ②若车的加速度大小为a,则 输出 两弹簧的形变量是多少? 信号 ③求加速度a与输出电压U的 R 关系式
例题4：加速度计是测定物体加速度的仪器，它已成为导弹、飞机、 潜艇后宇宙飞船制导系统的信息源。如图为应变式加速度计示意图， 当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件 由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感 元件下端的滑动臂可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时， 敏感元件发生位移，并转化为电信号输出，已知：敏感元件的质量 为m，两弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为E，内电阻不计，滑 动变阻器的总电阻为R，有效长度为L，静态时输出电压为U0。试求 加速度a与输出电压U的关系式。 ①滑动触头左右移动过程中， 电路中电流如何变化？ ②若车的加速度大小为a，则 两弹簧的形变量是多少？ ③求加速度a与输出电压U的 关系式 敏感 元件 输出 信号 E R
例题5:演示位移传感器的工作原理如石图示,物体M在导轨上平 移时,带动滑动变阻器的金属滑杆p,通过电压表显示的数据,来 反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的,则下列说法正确的 是(B 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←M 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
例题5：演示位移传感器的工作原理如右图示，物体M在导轨上平 移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压表显示的数据，来 反映物体位移的大小x。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 B
例6: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o转动时,试写出输出电压U与o的函数式。 解:设弹簧伸长x,则 x-m o2//(k-m 02) 设滑动变阻器单位长度 的电阻为r1 输出电压U U=IRX=EXr1/r1= Ex/I B ∴U=Emo2/(k-mo2)
例6: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。 A S P B C ω O O′ 输出电压U 解：设弹簧伸长x , 则 ∴ x= m ω2 l ／ ( k-m ω2 ) 设滑动变阻器单位长度 的电阻为r1 U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l ∴ U= Em ω2 ／(k-m ω2)