胡琏将军的后人:中考中的传感器
中考中的传感器
物理传感器是利用某些物理效应,把被测量的物理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装置。其输出的信号和输入的信号有确定的关系。主要的物理传感器有光电式传感器、压电传感器电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。 下面就中考中出现的传感器类型作例析。
一、 声学传感器
例1 距离传感器发出的超声波遇到物体后反射回传感器,传感器收到信号后自动计算出物体与传感器的距离,并显示物体的距离(s)一时间(t)图象.超声波在空气中的速度是340 m /s.
(1)若传感器在发出信号后0.01 s收到从物体反射回来的信号.物体距传感器多远?
(2)若显示物体的s一t图象如图1,物体在0至15s的运动情况如何.
(3)如图2所示,一物体在F=10N的水平拉力作用下,沿水平地面做直线运动.传 感器显示物体的s一t图象如图3,求:在0至15s物体受到的摩擦力多大?拉力的功率多大?
解:(1)物体距传感器的距离:
(2) 如图1,图象反映了物体通过的路程不随时间变化而变化,所以在0至15s,物体处于静止状态。
(3)由图3可知,物体在0至15S内做匀速直线运动,由二力平衡,物体受到的摩擦力与拉力相等,即
二、 光电式传感器
例2 如图4所示是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图。其中S为一激光源,R1
为光电式传感器(光敏电阻)(有光照射时,阻值较小;无光照射时,阻值较大),R2为定
值保护电阻,a、b间接一“示波器”(示波器的接入不影响电路)。光敏电阻两端的电压随
时间变化的图象,可由示波器显示出来。水平传送带匀速前进,每当产品从传送带上通过S
与R1之间时,射向光敏电阻的光线会被产品挡住。若运送边长为0.1m,质量为0.6kg的均
匀正方体产品时,示波器显示的电压随时间变化的图象如图5所示。请回答下列问题:
(1)此产品的密度为多大?
(2)产品对传送带的压强为多大?(g取10N/kg)
(3)已知计数器电路的电源电压恒为6V,保护电阻R2的阻值为40Ω,求光敏电阻在
两种状态下的阻值分别为多大?光敏电阻1h消耗的电能为多少?
解:⑴ρ
⑵
⑶有光照射时 U1=2V U2=U-U1=4V
光被挡住时
U1′=4V U2′=U-U1′=2V 由
光敏电阻1h消耗的电能
W1=
W总=W1+W2=(480+240)J=720J
三 压电式传感器
例3有一种测量人体重的电子秤,其原理图如图6中的虚线所示,它主要由三部分构成:踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(其实质是电流表)。其中AO∶BO=5∶1。已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示:
压力F/N
0
50
100
150
200
250
300
…
电阻R/
300
270
240
210
180
150
120
…
设踏板和杠杆组件的质量可忽略不计,接通电源后,压力传感
(1)该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处?
(2)利用表中的数据归纳出电阻R随压力F变化的函数式。
(3)如果某人站在踏板上,电流表刻度盘示数为20毫安,这个人的体重是多少?
解:(1)依题意可知,电子秤空载时压力传感器受到的压力为0,由表可知,此时压力传感器的电阻R1=300Ω,电路中的电流为
(2)由表中数据可归纳得出:
(3)当电流表刻度盘的读数为I2=20毫安时,压力传感器的电阻
再由
四 热电式传感器
例4 为防止湿手扳开关造成触电事故,小宁同学为家中的灯暖型浴霸(冬季家庭洗浴时取暖用的电器)设计了一个温度自动控制装置,如图7所示.其中半导体材料制成的传感器(热敏电阻)阻值R1随温度变化的曲线如图 8所示.已知继电器线圈电阻R2为20Ω,电源的压U0恒为12V.浴霸共安装有4只标有"220V 250W"的灯泡,当继电器线圈中的电流大于或等于50mA时,继电器的衔铁被吸合,浴霸电路断开;当线圈中的电流小于或等于40mA时,继电器的衔铁铁被释放,浴霸电路闭合.求:
(1)浴霸电路闭合时,通过浴霸的总电流.
(2)若将此装置安放在浴室内,浴室内温度可控制在什么范围?
解:(1)通过浴霸的总电流
(2)当线圈中的电流为50mA,热敏电阻的阻值为
此时,室温
当线圈中的电流为40 mA时,热敏电阻阻值
此时室温