有关传感器问题赏析，本文主要内容关键词为：传感器论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在自动控制、信息处理技术中，担负着信息采集任务的传感器发挥着越来越重要的作用。目前，传感器已经广泛应用于生产、生活、科学研究的各个领域，如环境保护、交通运输、家庭生活、宇宙开发等，传感器技术已成为21世纪科学家在高新技术发展方向上争夺的一个制高点。
传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电阻、电容等）的一种组件。非电学物理量→传感器→电学量。
因为2003年首次把“传感器的简单应用”列入考试说明，所以本文就2003年高考中有关传感器试题及中学阶段能解决的有关传感器问题分类解析，以期对考生的复习有所帮助。
1.力电传感器
力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电流、电压等）。
（1）位移传感器
例1.（2003年高考上海综合卷第10题）演示位移传感器的工作原理如图1所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆P，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小χ。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是：
A.物体M运动时，电源内的电流会发生变化。
B.物体M运动时，电压表的示数会发生变化。
C.物体M不动时，电路中没有电流。
D.物体M不动时，电压表没有示数。
解析：由全电路欧姆定律知，无论M是否运动，电路中均有电流，且大小不变；由部分电路欧姆定律知，M不动时，电压表有读数，M运动时，电压表的示数会发生变化，故应选B。
点评：本题以位移传感器的工作原理为背景，巧妙地考查了电学中的主干内容：欧姆定律。
（2）声电传感器
例2.（2003年高考上海综合卷第11题）唱卡拉OK用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是：（）
A.该传感器是根据电流的磁效应工作的。
B.该传感器是根据电磁感应原理工作的。
C.膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变。
D.膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势。
解析：由题意知，当声波使膜片振动时，连接在膜片后面的金属线圈在磁场中往复运动，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电动势。故应选B。
点评：本题以“唱卡拉OK用的话筒”为背景，立意新颖，灵活考查产生感应电动势的条件。解此题的关键是正确区分电流的磁效应和电磁感应现象。
另外，力电传感器还广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。
2.光电传感器
光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。如果是光敏电阻，它是利用光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的；如果是光电管，它就是利用在光线作用下电子能逸出物体表面的现象制成的。
例3.（2003年上海综合卷第12题）用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是：
A.红外报警装置。
B.走廊照明灯的声控开关。
C.自动洗衣机中的压力传感装置。
D.电饭煲中控制加热和保温的温控器。
解析：“B”中的声控开关是将声音信号转化为电信号；“C”中压力传感装置是将压力信号转化为电信号；“D”中温控器是将温度信号转化为电信号，属于热电传感器。只有“红外报警装置”才是将光信号转化为电信号，故应选A。
点评：本题难度虽然不大，但涉及到四种传感器，这就要求考生熟练掌握生活中常见传感器的工作原理。再如：自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用光电传感器的原理。
3.测力传感器
例4.（2003年江苏物理卷第19题）如图2所示为一根竖直悬挂的不可伸长的轻绳，下端拴一小物块A，上端固定在C点且与一能测量绳的拉力的测力传感器相连。已知有一质量为m[，0]的子弹B沿水平方向以速度v[，0]射入A内（未穿透），接着两者一起绕C点在竖直平面内做圆周运动，在各种阻力都可忽略的条件下，测力传感器测得绳的拉力F随时间t的变化关系如图3所示。已知子弹射入的时间极短，且图3中t=0为A、B开始以相同速度运动的时刻。根据力学规律和题中（包括图）提供的信息，对反映悬挂系统本身性质的物理量（例如A的质量）及A、B一起运动过程中的守恒量，你能求得哪些定量的结果？
解析：设m表示A的质量，l表示绳长，v[，1]表示B陷入A内即t=0时A、B的共同速度（即圆周运动最低点的速度），v[，2]表示运动到最高点时的速度，F[，1]表示运动到最低点时绳的拉力，F[，2]表示运动到最高点时绳的拉力，根据动量守恒定律，得
点评：本题是一道以测力传感器为背景的中难度力学综合信息题，涉及到动量守恒定律、牛顿运动定律、圆周运动、机械能守恒定律等力学中的主干知识，考查考生的审题能力、捕捉信息、处理信息的能力及综合分析问题的能力。
4.热电传感器
热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，如耳温计、电路中的无结点保护（当电源发生异常时切断电源，电源正常后又自动恢复）、各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机）的温度控制等。
例5.如图4所示是电饭煲的电路图，S[，1]是一个限温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103℃）时会自动断开，S[，2]是一个自动温控开关，当温度低于70℃时，会自动闭合，温度高于80℃时会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温状态时的指示灯，限流电阻R[，1]=R[，2]=5000，加热电阻丝R[，3]=50Ω，两灯电阻不计。
（1）根据电路分析，叙述电饭煲煮饭的全过程（包括加热和保温）。
（2）简要回答，如果不闭合开关S[，1]能将饭煮熟吗？
（3）简要回答，电饭煲烧水时，它的自动断电功能是否起作用？
（4）计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比。
解析：（1）当S[，1]闭合时，黄灯、R[，1]，短路，工作电路正常工作，R[，3]发热，红灯亮，电饭煲的温度上升。当加热到80℃时，S[，2]自动断开，但S[，1]仍闭合，电饭煲的温度会继续上升，当温度达到103℃时，S[，1]自动断开，这时控制部分只有R[，1]和黄灯串联，并与工作部分串联，由于黄灯是指示灯，所以R[，1]起限流作用，R[，1]很大（R[，1]约等于R[，2]，均远大于R[，3]）。因为R[，1]很大，整个电路中电流很小，那么作为并联电路一部分的红灯，R[，2]支路分得的电流更小，因此黄灯发光，红灯熄灭（几乎不亮），此时饭已大致煮熟，在S[，1]断开的情况下，电饭煲的温度会缓慢下降，当温度降到70℃时，S[，2]会自动闭合，黄灯、R[，1]短路，红灯亮，R[，3]继续加热，温度升到80℃时，S[，2]断开，红灯灭、黄灯亮，重复上述循环，且能保持电饭煲的温度在70～80℃之间，起保温作用。
（2）如果一开始未闭合S[，1]，也重复S[，1]断开后的红灯、黄灯交替发光的过程，由于电饭煲的温度只保持在70～80℃之间，饭不能煮熟。
（3）如果电饭煲烧开水既不能起到自动断电功能，也不能达到自动保温的目的。因为水在100℃时沸腾，限温开关S[，1]不能自动断开（限温开关要在103℃时才能自动断开），所以电饭煲会一直将水烧完。
（4）电饭锅处于加热状态时消耗的功率为：
点评：本题以家用电器“电饭煲”为题材，涉及到串、并联电路和电功率的计算。目的在于考查学生的语言表达能力、分析解决实际问题的能力。
5.电容式传感器
电容式传感器的工作原理：电容C跟介电常数ε成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比。如果某一物理量的变化（如角度、位移、深度等的变化）能够引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化。
例6.随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭。洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为
A.改变了湿度。 B.改变了温度。
C.改变了磁场。 D.改变了电容。
解析：根据自动干手机工作的特征，即手靠近，电热器开始工作，手撤离，电热器停止工作，不难判断出传感器的种类。人是一种导体，可以和其他导体构成电容器，因此物理学上有人体电容之说。手靠近干手机相当于连接进一个电容器，故可以确认干手机内设置有电容式传感器，手靠近改变了电容。能否利用湿度和温度来驱使电热器工作，理论上可行，但作为干手机，这种传感器的设置是有很大缺陷的。干手机周围的环境（如湿度和温度）一年四季在变化，与手的靠近无关，假如湿度、温度发生变化，干手机就马上工作，岂不成了“室内烘干机”？故选项D正确。
点评：有些高新技术，并不了解其内部原理，但可以借助双基和逻辑推理进行科学的判断。本题是一道新编热点题，它取自生活，有一定的现实意义，实为考查学生的逻辑推理能力、分析综合能力及知识面的精彩好题。