1、第第 3 3 节节 大显身手的传感器大显身手的传感器 核 心 素 养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.了解传感器在洗衣机水位控制装置、 自动门、 指纹识别器、 机器人中的应用。 2.了解传感器应用的设计思路，能设计 简单的应用传感器的控制电路。 会分析红外线传 感器、压力传感 器、电容器传感器 的工作原理。 感受传感器技术 给人类生活带来 的便利，体会科学 技术的重要性。 知识点 传感器的应用 观图助学 甲 乙 图甲为触屏手机，我们在使用手机时，通过手指在屏上的滑动便可以操控手机。 图乙为变频空调，设置好温度后，空调便会根据室内的温度调整功率，你能说出 手机和空调应用了什么传感器吗？
2、1自动感应门 (1)控制自动门开关的是一种红外线传感器。 (2)工作原理：人体发出的红外线，经红外感应器入射窗的滤光片后，聚焦到感 应器的热电元件上，热电元件感知温度上升后，会因为热电效应释放电荷，使电 路中的电阻、电流、电压等电学量发生变化。由此，红外传感器便把门前有无人 的非电学信息转换成电路可识别的电学信息了。 2洗衣机水位控制 全自动洗衣机的水位控制装置中使用压力传感器，当筒内水位到达设定高度时， 凸起的膜片使动触点接触控制电路的静触点，使控制电路接通，关闭进水电磁阀 门，接通洗涤电动机电源。 3指纹识别器 指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。 手指皮肤与电容传感器表面构成了 电容
3、阵列，由于指纹的凹凸导致不同位置的电容存在差异。 4机器人 (1)机器人传感器的分类 机器人传感器分为外部传感器和内部传感器。 (2)传感器用途 外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。 使机器人拥有 类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉。 内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。 思考判断 (1)洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器。() (2)自动门利用了红外线传感器。() (3)指纹识别器是利用压力传感器。(), 手机应用了电容传感器，空调应用了温度传感器。 红外线具有显著的热效应，当红外线聚焦到感应器的热电元件上时，会使热电元 件温度上升
4、。 水位控制装置中膜片鼓起时，动触点 a 与静触点 b 脱离，并与静触点 c 接触。 手指相当于电容器的一个极板，指纹的凹凸使电容器极板间的距离不同。 核心要点 自动感应门、洗衣机水位控制 问题探究 2020 年春在我国爆发的新型冠状病毒肺炎，具有传染性强，潜伏期长等特点， 发病时会出现发热、干咳、身体乏力等一系列症状，疫情的防治过程展现出中国 速度、中国规模、中国效率，彰显了中国特色社会主义制度的优越性，图为工作 人员正在应用非接触式测温仪进行体温筛查。 (1)这种测温仪利用了什么传感器？ (2)这种测温仪的优点是什么？ 答案 (1)红外线传感器。(2)非接触式红外测温仪在测温时不必与被测物
5、体表面 接触并可立即显示体温值。 探究归纳 1自动门红外线传感器 (1)工作原理 当有人接近自动门时，人体发出的红外线被传感器接收到，就会产生电压输出信 号，信号经过电路处理后，使定时器工作，由定时器构成的电路使继电器通电， 自动门电动机转动，门自动打开；当人通过自动门几秒后，定时器又使继电器断 电，自动门电动机反转，门自动关闭。 (2)工作流程图 2洗衣机水位控制装置压力传感器 工作原理图及结构 (1)结构 1 是洗衣机的外筒，2 是洗衣机的内筒，3 是气室，4 是传感器的膜盒。 (2)工作原理 如图(a)所示，气室下部与外筒连通，上部与软管、传感器的膜盒连通。当向桶 内注水后，气室内被封闭
6、的空气压强增大，使传感器的膜片向上凸起，当筒中水 位到达设定的高度时，凸起的膜片使动触点 a 与静触点 b 脱离，并与静触点 c 接 触，从而接通控制电路，关闭进水电磁阀门，同时接通洗涤电动机电源，洗衣机 开始工作。 经典示例 例 1 在发生地震及泥石流灾害时， 救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在 废墟中的伤员，根据所学知识，你认为“生命探测仪”可能用到了( ) A红外线传感器 B压力传感器 C振动传感器 D电容传感器 解析 伤员被深埋在废墟中， 借助红外线传感器， 可以感知人与周围环境的差别， 因伤员与尸体的温度不同，借助探测仪可以探测到活着的被困人员，A 正确。 答案 A 针对训练 下
7、列情况不可能是由于水位控制装置损坏引起的是( ) A洗衣机不加水 B洗衣机加水不能自动停止 C洗衣机不排水 D洗衣机不洗衣 解析 洗衣机水位控制装置正常，才能正常加水，且加到合适的水位，若损坏可 能导致一直不加水或一直不停地加水，所以 A、B 可能，而这两种情况都会导致 洗衣机洗衣程序不工作，所以 D 可能，故选 C。 答案 C 核心要点 指纹识别器、机器人 要点归纳 1指纹识别器电容传感器 工作原理：指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。传感器表面集合了很多 个电容器的极板，其外面是绝缘表面，当用户的手指放在绝缘表面上时，手指的 皮肤就成了电容器的另一个极板， 由于指纹的脊和谷相对于另一个
8、极板的距离不 同，使电容阵列不同位置的电容器的电容值也不同。通过读取这些电容的差异， 就能够获取指纹信息。这样就把指纹的信息转化成了电信号，再经过电路对电信 号的比较，就可以实现对指纹的识别。 2机器人与传感器 (1)机器人 定义：是一种拟人化的电子机械装置，具有一定的运动、感觉和判断功能。 组成：机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统。 (2)传感器系统 作用：机器人的感觉器官。 分类：外部传感器和内部传感器。 经典示例 例 2 如图所示是一个测定液面高度的传感器。 在导线芯的外面涂上一层绝缘物 质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电 路， 当外电路中的电流
9、变化说明电容值增大时，则导电液体的深度 h 的变化情况 为( ) Ah 增大 Bh 减小 Ch 不变 D无法确定 解析 由题图知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，导电液体深度的变化引 起两极正对面积 S 的改变，电容的计算公式为 C rS 4kd，电容增大，说明正对面 积增大，故导电液体深度 h 增大。 答案 A 1(光传感器的应用)下列器件中应用了光传感器的是( ) A光电鼠标 B电饭锅 C测温仪 D电子秤 解析 光电鼠标利用了光传感器，A 正确；电饭锅和测温仪要感知温度，所以用 的是温度传感器，B、C 错误；电子秤用的是力传感器，D 错误。 答案 A 2 (温度传感器的应用)小强用恒温箱
10、进行实验时， 发现恒温箱的温度持续升高， 无法自动控制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。如图所示，下列对故障判断 正确的是( ) A只可能是热敏电阻出现故障 B 只可能是温度设定装置出现故障 C热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障 D可能是加热器出现故障 解析 由恒温箱原理图可知， 若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会 向控制器传递错误信息， 导致控制器发出错误指令， 故选项 C 正确， A、 B 错误； 若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使 温度持续升高，故选项 D 错误。 答案 C 3(压力传感器的应用)电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压
11、时会 在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比。 现有一利用压电效应制造的电梯 加速度传感器，如图所示。压电片安装在电梯地板下，电压表与压电片构成闭合 回路用来测量压电片两侧形成的电压。若发现电压表示数增大，下列说法正确的 是( ) A电梯一定加速上升 B电梯一定减速下降 C电梯加速度一定向上 D电梯加速度一定向下 解析 电压表示数增大说明人对地板的压力变大， 对人受力分析知地板对人的支 持力大于人所受的重力，即人的加速度一定向上，所以电梯可能向上加速，也可 能向下减速。选项 C 正确。 答案 C 4(电容传感器的应用)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图 所示。Q 是绝缘支架，薄金属膜片 M 和固定电极 N 形成一个电容器，被直流电 源充电，当声波使膜片 M 振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流。当 膜片 M 向右运动的过程中有( ) A电容不变 B电容变小 C导线 AB 中有向左的电流 D导线 AB 中有向右的电流 解析 膜片 M 向右运动时，电容器两极板间的距离减小，电容变大。电荷量 Q CU 变大，电源要继续给电容器充电，所以导线 AB 中的电流由 B 流向 A。 答案 C