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1、第六章 传感器,第2节 传感器的应用 （一）,传感器应用的一般模式：,一.力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？,阅读教材，思考并回答问题：,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.,关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是 （ ） A.应变片是由多用半导体材料制成 B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小. C.传感器输出的是应变片上的电压 D.外力越大，输出的电压差值也越大,A B D,练习.,例1 演示位移传感器的工作原理如图示,物体M在导轨上平移
2、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2 (1) 加速度计的构造和原理的示意图如图,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. 设某段时间内系统沿水平方向运动,指针向左偏离O点的距离为S，则这段时间内系统的加速度 （
3、 ） 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,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,当系统以加速度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，试写出U与a 的函数关系式。,U=mU0 a / 2kLa,例3 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
4、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，当系统以角速度转动时，试写出输出电压U与的函数式。,U= Em 2 (k-m 2),例4.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
5、调节范围尽可能大,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。,解 （1）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：,调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。,将质量为m0的砝码放在转换器上，记下输出电压U0。,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,因电源电压不够而输出电压 调不到零。,待测物体质量超出转换器量程。,例题5 风力测定仪原理如图,P为金属球，悬挂在
6、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,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，金属丝偏转角时，电流表的示数为I/，此时风力大小为F，试写出：,风力大小F与的关系式；,风力大小F与电流表示数I/ 的关系式。,此装置所测定的最大风力是多少？,例6.将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图所示，在箱的上顶板和下底板装有压力传感器，箱
7、可以沿竖直轨道运动。当箱以a=2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的传感器显示的压力为6.0N，下底板的传感器显示的压力为10.0N。(取g=10 m/s2) (1)若上顶板传感器的示数是下底板 传感器的示数的一半， 试判断箱的运 动情况。 (2)要使上顶板传感器的示数为零,箱 沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？,向上做匀减速运动a向下a=2m/s2,mg+F1-F=ma,m=0.5kg,上顶板示数是下底板示数的1/2,弹簧长度不变F=10N F2=5N,mg+F2-F=ma2,a2=0,静止或匀速运动,上顶板示数为零，则弹簧变短，,F10N F3=0,F mg = ma3,a3 10m/s2,向上加速或向下减速，加速度a 10m/s2。,力电传感器的应用,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。,1.测质量,2.测 力,3.测物体加（角）速度,4.测 位 移,问题与练习,P58(2),