第六章傳感器ppt課件(編輯修改稿)
2025-04-18 08:30 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 傳感器 力傳感器 電橋式應(yīng)變力片傳感器 電橋式應(yīng)變力片傳感器 例題 傳感器是一種采集信息的重要器件 ， 如圖所示是一種測定壓力的電容式傳感器 ， 當(dāng)待測壓力 F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí) ， 可使膜片產(chǎn)生形變 ， 引起電容的變化 ， 將電容器 、 靈敏電流計(jì)和電源串接成閉合電路 ， 那么 ( ) A． 當(dāng) F向上壓膜片電極時(shí) ， 電容將減小 B． 當(dāng) F向上壓膜片電極時(shí) ， 電容將增大 C． 若電流計(jì)有示數(shù) ， 則壓力 F發(fā)生變化 D． 若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力 F不發(fā)生變化 BC [提示：由電容的 決定式知， F向上壓膜片電極板時(shí)，極板正對面積不變，間距變小，故 C將增大； C變化，所帶電荷量隨之變化，故電流表有示數(shù)． ] 電容式力傳感器 聲傳感器的應(yīng)用 ―― 話 筒 壓強(qiáng)傳感器 動(dòng)圈式話筒 原理：電磁感應(yīng) 聲信號(hào) 電信號(hào) 電容式話筒和 駐極體話筒 （ 1） 原理： 與電容式話筒相同 ， 只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜 。 （ 2）特點(diǎn)： 體積小，重量輕，價(jià)格便宜，靈敏度高，工作電壓低。 （ 1）原理： 如圖所示 Q是絕緣支架，薄金屬膜 M和固定電極N形成一個(gè)電容器，被直流電源充電．當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻 R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓。 壓強(qiáng)傳感器 *極化現(xiàn)象： 將電介質(zhì)放入電場中，在前、后兩個(gè)表面上會(huì)分別出現(xiàn)正電荷與負(fù)電荷的現(xiàn)象． *駐極體： 某些電介質(zhì)在電場中被極化后，去掉外加電場，仍然會(huì)長期保持被極化的狀態(tài)，這種材料稱為駐極體． 電容式話筒 駐極體話筒 （ 2）優(yōu)點(diǎn)： 保真度好 駐極體話筒 的工作原理 話筒的基本結(jié)構(gòu)由一片單面涂有金屬的駐極體薄膜與一個(gè)上面有若干小孔的金屬電極（稱為背電極）構(gòu)成。駐極體面與背電極相對，中間有一個(gè)極小的空氣隙，形成一個(gè)以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背電極和駐極體上的金屬層作為兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)平板電容器。電容的兩極之間有輸出電極。由于駐極體薄膜上分布有極化電荷。當(dāng)聲波引起駐極體薄膜振動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)；改變了電容兩極版之間的距離，從而引起電容發(fā)生變化，由于駐極體上的電荷量恒定，根據(jù)公式 Q=CU可知 :當(dāng) C變化時(shí)必然引起電容器兩端電壓 U的變化，從而輸出電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲 — 電的變換。 用示波器觀察話筒的工作 電容式位移傳感器 當(dāng)被測物體在左右方向發(fā)生位移時(shí) ， 電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動(dòng) ． 如果測出了電容的變化 ， 就能知道物體位置的變化 ． 用什么方法可以檢測電容的變化 ? 電容式位移傳感器 位移傳感器 電容測厚儀 厚度傳感器 電容式傳感器 （ 1）圖（甲）是＿＿的電容式傳感器，原理是＿＿＿＿ 。 （ 2）圖（乙）是＿＿的電容式傳感器，原理是＿＿＿＿ 。 （ 3）圖（丙）是＿＿的電容式傳感器，原理是＿＿＿＿ 。 （ 4）圖（?。┦牵撸叩碾娙菔絺鞲衅?，原理是＿＿＿＿ 。 位移 位移 角度 力 電感式位移傳感器 如圖所示的是 電感式微小位移傳感器 的原理圖。圖甲中， 1是待側(cè)的物體， 2是可以平移的軟鐵鐵芯，3是固定的軟鐵芯， 3之間的空氣間隙隨著物體的位移改變，鐵芯 3上繞有線圈 4。圖乙中， 3是空心線圈， 1是有待測的物體，軟鐵芯 2插在線圈 3中并且可以隨著物體 1在線圈中平移。說明他們的工作原理，并嘗試設(shè)計(jì)與線圈 3或線圈 4相連的電路。 圖乙 圖甲 電感式位移傳感器工作原理 圖乙 圖甲 圖丙 設(shè)計(jì)電路： 相連接的測量顯示電路可設(shè)計(jì)成如圖 丙 所示， G為頻率一定的正弦交流信號(hào)源，將上述傳感器的線圈 L與交流電流表 A串聯(lián)后與信號(hào)源連接．線圈 自感系數(shù) 的變化將使它對交流電的 感抗 變化，從而引起電路中電流的變化，由電流表顯示出來． 原理： 甲圖中，隨著物體 1的向上的位移，軟鐵芯 2與 3之間的空氣間隙逐漸減小，線圈 4的自感系數(shù)就逐漸增大．乙圖中，物體 1向左位移使軟鐵芯 2逐漸插入線圈中，線圈 3的自感系數(shù)就逐漸增大．這兩種裝置都把位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換成了自感系數(shù)這個(gè)電學(xué)量． 例題 某些非電學(xué)量的測量是可以通過一些相應(yīng)的裝置轉(zhuǎn)化為電學(xué)量來測量的．一平行板電容器的兩個(gè)極板豎直放置在光滑的水平平臺(tái)上，極板的面積為 S， 極板間的距離為 d， 電容器的電容公式為 C=ES／ d(E是常數(shù)但未知 )．極板 1固定不動(dòng)，與周圍絕緣，極板 2接地，且可在水平平臺(tái)上滑動(dòng)，并始終與極板 L保持平行．極板 2的兩個(gè)側(cè)邊與勁度系數(shù)為 k、 自然長度為 L的兩個(gè)完全相同的彈簧相連，兩彈簧的另一端固定，彈簧 L與電容器垂直，如圖 1所示．如圖 2所示是這一裝置的應(yīng)用示意圖，先將電容器充電至電壓為 U后即與電源斷開，再在極板 2的右側(cè)的整個(gè)表面上施以均勻向左的待測壓強(qiáng) p，使兩極板之間的距離發(fā)生微小的變化，測得此時(shí)電容器的電壓改變量為△ U， 設(shè)作用在電容器極板 2上的靜電力不致引起彈簧可測量到的形變，試求待測壓強(qiáng) p． 圖 1 圖 2 解析 [分析 ]該題根據(jù)平行板電容器在電荷量不變的情況下，其兩端電壓隨板間距離變化而變化，從而把力學(xué)量 (壓強(qiáng) p)轉(zhuǎn)化為電學(xué)量 (電壓 )來測量． 因?yàn)?U=Q／ C， C=ES／ d， U’=Q／ C’ ， △ U=U－ U’ =Qd／ (ES)－ Qd’／ (ES)=Q△ d／ (ES)， 所以△ d=ES△ U／ Q， F=pS， 2K△ d=pS， P=2k△ d／ S=2kd△ U／ (SU)． 例題 如圖所示是一種 懸球式加速度儀 ， 它可以用來測定沿水平軌道運(yùn)動(dòng)的列車的加速度 ， m是一個(gè)金屬球 ， 它系在金屬絲的下端 ， 金屬絲的上端懸掛在 0點(diǎn) ， AB是一根長為 L的電阻絲 ， 其阻值為 R， 金屬絲與電阻絲接觸良好 ， 摩擦不計(jì) ， 電阻絲的中點(diǎn) C焊接一根導(dǎo)線 ， 從 O點(diǎn)引出一根導(dǎo)線 ， 兩線之間接入一個(gè)電壓表 (金屬絲和導(dǎo)線電阻不計(jì) )， 圖中虛線 OC與AB相垂直 ， 且 OC=h， 電阻絲 AB接在電壓為 U的直流穩(wěn)壓電源上 ， 整個(gè)裝置固定在列車中且使 AB沿著車前進(jìn)的方向 ， 列車靜止時(shí)金屬絲呈豎直狀態(tài) ， 當(dāng)列車加速或減速前進(jìn)時(shí) ， 金屬絲偏離豎直方向 ， 從電壓表的讀數(shù)變化可以測出加速度的大小 ． (1)當(dāng)列車向右做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 試寫出加速度 a與電壓表讀數(shù) U’的對應(yīng)關(guān)系 ， 以便重新刻制到電壓表的表盤上 ， 使它成為直接讀出加速度值的加速度計(jì) ． (2)這個(gè)裝置測得的最大加速度 a為多少 ? (3)為什么 C點(diǎn)設(shè)置在電阻絲 AB的中點(diǎn)，對電壓表的零刻度在表盤上的位置有什么要求 ? 加速度傳感器 解析 例題 加
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