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第5章第3节大显身手的传感器

上传时间: 2014-08-16

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第5章

新知预习·巧设计

名师课堂

·一点通

要点一

要点二

第3

节

创新演练

·大冲关

随堂检测归纳小结

课下作业综合提升

1．进一步了解传感器在日常生活、

生产中的作用。

2．理解传感器在洗衣机水位控制装

置、自动门、指纹识别器、机器

人中的应用原理。

[读教材·填要点]

一、洗衣机水位控制系统

全自动洗衣机的水位控制装置使用了传感器。当水位达到设定的高度时自动进水电磁阀门，

洗涤电动机电源。

二、自动门

(1)控制自动门开关的是一种传感器。

压力

关闭

接通

红外线

(2)自动门工作流程：

三、指纹识别器

指纹识别器是通过传感器来识别指纹的。手指皮肤与电容传感器表面构成了，由于指纹的凹凸导致不同位置的电容差异。

四、传感器与机器人

1．机器人中传感器的分类

机器人中传感器分为外部传感器和传感器。

电容

电容器

内部

2．传感器用途

(1)外部传感器用于感知外部和外界事物对机器人的刺激，使机器人拥有类似人的、、触觉、嗅觉、味觉等感觉，从而使机器人具有拟人化的特点。

(2)内部传感器(如角度传感器、传感器等)用于检测机器人的自身状态。

工作环境

视觉

听觉

关节

[关键一点]　传感器的本质是把非电学量转化为电学量，灵活处理传感器问题的关键是彻底搞清如压力传感器、温度传感器、电容传感器等转换元件的物理本质及原理。

[试身手·夯基础]

1．为了节约能源，合理适时地使用路灯，要求夜晚亮、白

天熄，利用半导体的某种特性制成自动点亮熄灭的装置，实现了自动控制。这是利用半导体的 (　　)

A．压敏性　　　　　 B．光敏性

C．热敏性 D．三种特性都利用了

解析：由题意可知，这一装置要对光敏感，能区分白天(光线强)与夜晚(光线暗)，所以选B。虽然白天与夜晚温度也不相同，但温度除与昼夜有关外，还与季节有关，因此不能选C。灯亮熄与压力更无关系，A、D错。

答案：B

2．将启动器与灯泡、电源、开关连在

一起，如图5－3－1所示，闭合开

关时，灯泡将 (　　)

A．不亮　　　　　 B．一直亮

C．亮、灭交替 D．以上都有可能

图5－3－1

解析：启动器中有一个U形的双金属片，与旁边的直立金属丝构成一对触点，常温下是分离的。闭合开关后，电源电压通过灯泡加到启动器上，启动器发出辉光，同时加热双金属片，达到设定温度时，双金属片膨胀而与金属丝接触，接通电路，灯泡亮。因接通时启动器电压为零，启动器停止发光，温度降低到一定值时，触点分开，断开电路，灯泡熄灭，将重复以上过程。

答案：C

图5－3－2

3．小强用恒温箱进行实验时，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。参照图5－3－2，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D错误。

答案：C

(1)洗衣机水位控制装置使用的压力传感器是一种开关型的传感器。当向内筒注水时，部分水进入气室，气室内压强增大，使传感器的膜片向上凸起，从而使动触点a与下面的静触点b分离，并与上面的静触点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，开始洗涤衣物。

(2)自动门上的红外线传感器，也是一种开关型的传感器。人走近自动门传感器输出电压信号；信号经过处理后，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钟后，自动门电动机反转，门自动关闭。

(3)指纹识别器的电容传感器输出电容变化这一电信号，经过电路对电信号的比较，实现对指纹的识别。

1．电饭锅是应用温度传感器工作的，它的敏感元件是感温铁氧体，由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧制而成，其特点是常温下具有磁性，能够被磁铁吸引，温度达到103℃，失去磁性，这个温度叫居里温度，又称居里点。电饭锅的自动控制结构如图5－3－3所示，根据以上信息回答：

图5－3－3

(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？

(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？

(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？

(4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？

[审题指导]　解决此题关键有两点：

(1)自动控制的结构图中各部分的功能。

(2)传感器中敏感元件的特点及居里温度。

[解析]　(1)煮饭时压下开关按钮，感温铁氧体与永磁体相吸结合在一起，触点相接，电路接通，开始加热。手松开后，由于锅内的温度低，感温铁氧体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到图示的状态。

(2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点。

(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上升到“居里温度”(约103℃)时，感温铁氧体失去磁性，永磁铁与之分离，开关自动断开，且不能自动复位。

(4)如果用电饭锅烧水，水沸腾后水温保持100℃，不会再升高，故不能自动断电。

[答案]　见解析

自动控制电路设计是理论联系实际的能力型题目，也是高考的趋向，设计时要认真分析传感器发挥的作用以及电路中各元件的位置及用途。

1．机器人的构成

机器人主要包括三个部分：环境信息采集部分(相当于人的感觉器官)、环境识别和动作控制部分(相当于人的大脑)、动作部分(相当于人的手、脚等)。

2．传感器与机器人感觉对应表

2．类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是 (　　)

A．是力传感器　　　　　 B．是光传感器

C．是温度传感器 D．是声音传感器

[思路点拨]　要准确选择传感器的类型，须认清传感器发挥的作用。

[解析]　遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B对，A、C、D错。

[答案]　B

不同的敏感元件，敏感效应不同，能感知的外界信息不同。传感器所发挥的功能由敏感元件的特性决定。

1．(对应要点一)下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，或一直不停地加水或加足水后洗衣机仍然不洗衣，故A、B、D可能，C不可能。

答案：C

2．(对应要点二)机器人技术发展迅速，以下哪方面是现

有的机器人不能很好地完成的 (　　)

A．汽车工业中自动焊接领域

B．深水探险

C．艺术体操和与人对话

D．机械加工

解析：现有的机器人技术限于制造工艺、计算机技术和传感器技术，还很难达到类似人对肢体的控制能力，其动作精确但较僵硬，语音识别能力还很差，在其他几个方面机器人都有上佳表现。

答案：C

(1)洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器，压力传感器将水位高低转化为电路的通断。

(2)自动门中安装了红外线传感器，传感器接收到人体发出的红外线，产生电压输出信号。

(3)有一种指纹识别器是通过电容式传感器来识别指纹的。

(4)机器人的传感器系统是机器人的感觉器官，分为外部传感器和内部传感器。

点击下图进入“课下作业综合提升”

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