1、§6.3 傳感器的應用（二）【學習目標】1了解溫度傳感器在電飯鍋、測溫儀上的應用，加深對溫度傳感器的應用認識。2了解光傳感器在鼠標器、火災報警器上的應用，知道其工作原理。3了解熱敏元件、光敏元件的工作特性【重點難點】1.重點：理解并掌握電飯鍋的結構和原理，了解測溫儀、鼠標器、火災報警器原理。 2.難點：各種傳感器的應用原理和結構。【課前預習】一、溫度傳感器的應用電飯鍋1磁性限溫元件感溫鐵氧體（1）材料結構：是用氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結而成的，是一種特殊的軟磁性材料，在電飯鍋中與一塊永久磁鐵組合構成磁鋼限溫器，實現限溫控制。（2）特點：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫

2、度上升到約103 時，就失去鐵磁性，不能被磁體吸引。這個溫度在物理學中稱為該材料的“居里溫度”或“居里點”。感溫鐵氧體具有限溫準確，動作迅速等優點。2電飯鍋工作原理電飯鍋具有自動斷電和保溫功能，是因為它內部裝有磁鋼限溫器和雙金屬片恒溫器兩個自動裝置。 如圖所示。 （1）限溫原理（自動斷電） 煮飯時，用手按下開關按鈕，通過傳動杠桿推動永磁體向上與感溫磁體（鐵氧體）相互吸合，其吸力大于限溫器中彈簧的彈力和永磁體的自身重力，所以永磁體不會落下，杠桿支架釋放彈性金屬片，使觸點閉合，電路接通，電熱板開始發熱工作。在飯煮熟前，鍋內有水，所以電飯鍋的內膽溫度不會超過100，感溫磁體仍然具有磁性。繼續加熱，直

3、到飯熟后，水份被大米吸收，鍋底溫度升高，當溫度升至“居里點1030C”時感溫磁體失去磁性，永磁體在自身重力及彈簧的彈力作用下被彈開，通過傳動桿使觸點分離，切斷電源，從而停止加熱。這樣就起到限溫作用。 （2）保溫原理：當電飯鍋的溫度升高時，雙金屬片受熱，使它向膨脹系數小的一面彎曲。彎曲時，它把兩個觸點分離，于是電飯鍋斷電，溫度下降。而當溫度下降到一定程度時，雙金屬片逐漸冷卻回復原狀，兩個觸點重新閉合通電，如此反復，使電飯鍋達到保溫效果，溫度能夠自動維持在70±5的范圍。二、溫度傳感器的應用測溫儀1.測溫儀：應用溫度傳感器把溫度轉換成電信號，再由指針式儀表或數字式儀表顯示出來，從而構成指

4、針式溫度計或數字式溫度計。測溫元件可以是熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶等，還可以是紅外線敏感元件等。2.特點：由于電信號可以由測溫地點傳輸到其他地點，所以應用溫度傳感器可以遠距離讀取溫度的數值，這是把非電學量轉變為電學量的一大優點。3. 非接觸式紅外測溫儀利用紅外線敏感元件可以實現無接觸測溫由于物體的溫度不同，發射紅外線的情況也不同，非接觸式紅外測溫儀通過接收人體的紅外輻射實現體溫測試，可在距離人體50 cm300 cm處快速、有效地篩查出公共場所中的高溫人員，再由醫護人員對其進行確診一般的非接觸式紅外測溫儀測溫速度小于0.5 s，分辨力達到0.l與傳統的接觸式醫用溫度計相比有兩大優點：非接觸式

5、紅外測溫儀在測溫時不必與被測物體表面接觸，不像口含式溫度計或紅外測溫儀那樣近距離讀取測量值；可立即顯示溫度值，而口含式溫度計要30 s后才能顯示最終溫度值三、光傳感器的應用鼠標器1.結構：機械式鼠標器的內部結構如圖甲所示。其主要部件為一個滾球、兩套滾軸、有許多等間距小齒的碼盤、發光二極管、兩個紅外線接收管。兩個紅外接收管就是兩個光傳感器。如下圖。2.原理：當鼠標插入計算機插孔后，兩個紅外線發光二極管就開始發光。鼠標器移動時，滾球運動通過軸帶動兩個碼盤轉動，紅外線接受管就收到斷續的紅外線脈沖，輸出相應的脈沖信號，計算機分別統計x、y兩個方向的脈沖信號，處理后就使屏幕上的光標產生相應的位移。四、光

6、傳感器的應用火災報警器1.結構：煙霧式火災報警器的實物見圖甲，煙霧作上升運動的，到達天花板底下，煙感報警器通過煙霧發現火災，所以煙霧式火災報警器安裝在天花板上。如圖乙所示，帶孔的罩子內裝有發光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板。2.原理：災報警器是利用煙霧對光的散射來工作的，平時，光電三極管收不到LED發出的光，呈現高電阻狀態，煙霧進入罩內后對光有散射作用，使部分光照射到光電三極管上，其電阻變小，與傳感器連接的電路檢測出這種變化后，就會發出警報。自動沖水機、路燈的控制、鼠標器、光電計數器、煙霧報警器等都是利用了光電傳感器的原理。【預習檢測】1.關于電飯鍋的說法正確的是（ ）A電飯鍋中的溫度

7、傳感器其主要元件是氧化鐵B感溫鐵氧體在常溫下具有鐵磁性，溫度很高時失去鐵磁性C用電飯鍋燒水，水開時能自動斷電D用電飯鍋煮飯時，若溫控開關自動斷電后，它不能自動復位2. 測溫儀使用的是（ ）A光傳感器 B紅外線傳感器C溫度傳感器 D超聲波傳感器3. 下列器件是應用光傳感器的是（ ）A鼠標器B火災報警器C測溫儀 D自動門4. 下列器件不是應用溫度傳感器的是（ ）A電熨斗 B話筒 C電飯鍋 D測溫儀答案：1.BD 2.C 3.ABD 4.B 堂中互動【典題探究】題型三、溫度傳感器的應用（二）例1 如圖所示是某一電飯煲的電路圖。S1是一個手動限溫開關，手動閉合后，當此開關溫度達到居里點103 

8、6;C時，開關會自動斷開。S2是一個自動保溫開關，當溫度低于70 °C時，會自動閉合；溫度高于80 °C時會自動斷開，紅燈是加熱時的指示燈，黃燈是保溫時的指示燈，分流電阻R1R2500 ，加熱電阻R350 ，兩燈電阻不計。(1)分析電飯煲的工作原理；(2)計算加熱和保溫兩種狀態下，電飯煲消耗的電功率之比；(3)簡要回答，如果不閉合開關S1，能將飯煮熟嗎？【解析】 (1)電飯煲裝上食物后，接上電源，雙金屬片保溫開關S2自動閉合，同時手動閉合S1，這時R1與黃燈被短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態，加熱到80 °C時，S2自動斷開，S1仍閉合；水燒開后，溫度升高到103

9、 °C時，開關S1自動跳起斷開，這時飯已經煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態。由于散熱，待溫度降至70 °C時，S2又自動閉合，電飯煲重新加熱，溫度達到80 °C時，S2又自動斷開，再次處于保溫狀態。(2)加熱時電飯煲消耗的電功率P1，保溫時電飯煲消耗的功率P2，兩式中R并 ，從而有(3)如果不閉合開關S1，開始S2總是閉合的，R1與黃燈被短路，功率為P1，當溫度上升到80 °C時，S2自動斷開，功率降為P2，溫度降到70 °C，S2又自動閉合溫度只能在7080 °C之間變化，不能把水燒開，故不能將飯煮熟.【拓展】分析電飯煲的工作原理，

10、關鍵在于理解兩個開關的工作原理。一是手動溫控開關S1，即感溫鐵氧體限溫元件，超過居里點會自動斷開，二是自動溫控開關S2，即雙金屬片保溫元件，低于70 °C時會自動閉合，高于80 °C時會自動斷開。掌握了兩個開關的特點，也就會分析電飯煲的工作原理了。例2 圖甲為某自動恒溫箱原理簡圖，箱內的電阻R120 k，R210 k，R340 k，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示。當a、b端電壓Uab<0時，電壓鑒別器使開關S接通，恒溫箱內的電熱絲發熱，使提高；當Uab>0時，電壓鑒別器使開關S斷開，停止加熱，則恒溫箱內的溫度恒定在多少°C？【解析】

11、由題意可知，當Uab0是一個電壓的臨界點，對應著開關S的動作，而開關的動作對應著溫度的上升或下降。此時R1與 R3上的電壓相等。設電路路端電壓為U，有，解得Rt20 k .由題圖乙可知，當Rt20 k時，t35 答案：箱內溫度恒定在35 【拓展】 本題利用溫度傳感器熱敏電阻為傳感器，將溫度變化的信號轉化為電信號，結合電子線路來控制加熱電路。正確的電路分析、計算及看懂熱敏電阻的電阻隨溫度變化的曲線，是解決這類習題的關鍵。題型四、光傳感器的應用例3 如圖所示為一實驗小車中利用光脈沖測量車速和行程的裝置的示意圖，A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪。

12、車輪轉動時，A發出的光束通過旋轉齒輪上齒之間的間隙變成脈沖光信號，被B接收并轉換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實驗顯示單位時間內的脈沖數為n，累計脈沖數為N，試完成下列問題的解答：（1）要測出小車的速度和行程還必須測量哪些物理量或數據？（2）推導小車速度的表達式。（3）推導小車行程的表達式。【解析】這是一道以實際問題為背景的實驗題，顯然無法通過遷移課本實驗中的方法來解決。但是題目給出了裝置圖，該圖及題文中的相關說明給我們一定提示，光束原來是連續的，是轉動的齒輪使光束變為脈沖，因此脈沖情況必定與齒輪（或車輪）的轉動有關，也就與速度和行程有關。由題意可知，由于齒輪與車輪同軸相連，兩者在單位時間

13、內轉動圈數相等，即兩者的角速度相等。設車輪的半徑為R，單位時間內車輪轉動圈數即轉動頻率為k，則小車的速度為v=R=2Rk又可知，單位時間內的脈沖數n與轉過的齒輪數相等。設齒輪上的總齒數為p，則齒輪轉一圈電子電路顯示的脈沖數也為p，所以單位時間內齒輪轉動圈數k=。因此小車速度的表達式v=R=；同理可知，小車運動的時間因此行程的表達式為s=vt= 。所以：（1）要測出小車的速度和行程，除單位時間內的脈沖數n和累計脈沖數N外，還必須測量輪半徑R和齒輪的總齒數p；（2）小車速度的表達式v=R=；（3）小車行程的表達式為s=vt= .【拓展】 本題是光電傳感器的一個重要應用，它提供了測定車子運動速度和行

14、程的一個實例，請查閱有關資料或請教汽車司機，汽車上的速度表和行程表是否是按照這一原理設計的？【變式訓練1】如圖實所示為光敏電阻自動計數器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻.此光電計數器的基本工作原理是（ ）A.當有光照射R1時，信號處理系統獲得高電壓B.當有光照射R1時，信號處理系統獲得低電壓C.信號處理系統每獲得一次低電壓就記數一次D.信號處理系統每獲得一次高電壓就記數一次答案 AC【變式訓練2】 某同學用時間傳感器代替秒表做“用單擺測重力加速度”的實驗，他的設計思路如圖甲所示。長為L的擺線一端固定在鐵夾臺上，另一端連接一質量為m，半徑為r的小球，在擺線上緊鄰小球處套有一小段輕細擋光管，當單擺擺動到平衡位置