例6:下面是动圈式话筒的原理图,请你根据图6说出具体原理.
解析:动圈式话筒是利用电磁感应现象象制成的.当声波使金属膜片振动时,连接在膜片上的线圈(叫音圈)随着一起振动.音圈在永磁铁的磁场中振动,其中就产生感应电流,感应电流的大小和方向都变化,振幅和频率的变化由声波决定,这就将声音信号转换成电信号,这个电信号经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就发生放大的声音.
4.力电传感器:
力电传感器是将力信号转换为电信号的一类传感器,如下面两例:
例7:某学生为了测量一个物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力(比例系数为k)如图7所示,测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0;而后在其受压面上放上物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.
现有下列器材:力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体(可置于力电转换器的受压面上).请完成对该物体的测量m.
(1)设计一个电路,要求力转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,在方框中画出完整的测量电路图.
(2)简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m.
(3)请设想实验中可能会出现的一个问题.
解析:
(1)设计的电路图如图8所示,输入电压采用分压接法目的是让电压可调范围尽可能大.
(2)测量步骤:
①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零.
②将质量为m0的砝码放在转换器上,记下输出电压U0.
③将待测物体放在转换器上,记下输出电压U1,由U0=km0g得k=U0/m0g,测得U1=kmg,所以m=m0U1/U0.
(3)可能出现的问题(注:本题属开放性问题答案不唯一):
①因电源电压不够而输出电压调不到零.
②待测物体质量超出转换器量程.
例8:如图9所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图.薄金属片P固定有4个电阻R1、R2、R3、R4(如图10所示),左边是它的侧面图这四个电阻连接成电路如图11所示,试回答下列问题:
(1)开始时金属片中央O点未加任何压力,欲使电压表无示数,则4个电阻应满足怎样的关系?
(2)当O点加一个压力F后发生形变,这时4个电阻也随之发生形变,形变后各电阻大小如何变化?
(3)电阻变化后,电阻的A、B两点哪点电压高?它为什么能测量电压?
解析:
(1)本题是电路中A、B两点间电压与4个电阻的关系,由于电压表的电阻可看作无穷大,因此本电路是R1、R2的串联电路与R3、R4的串联电路并联,伏特表电路相当于一根电桥,要使伏特表无读数,即A、B两点电势相等则有:R1/R2= R3/R4或R1R4= R2R3.
(2)当O点加垂直于金属片的压力后,金属片发生形变,由于电阻是固定在金属片上的(由上图),因此R1、R4被拉长,R2、R3被拉宽,根据电阻定率,则R1、R4增大,R2、R3减小,显然,这时A、B两点电压不再相等.
(3)电阻增大,电压降增大,电阻减小,电压降减小,故在R1、R2的串联电路上R1上的电压降增大,R3、R4串联电路上R3电压降减小,所以A点电压高于B点电压.测量血压时,血压越高,压力F越大,金属片形变越显著,电阻变化越大,因而电压表示数越大,于是就能根据电压表示数的大小来测量血压的高低了.当然在实际上由于金属片形变较小,所以电阻变化也较小,A、B两点间电压还要经过放大才能通过电表指示出来,有的还可以转换成数字显示出来.
5.其它传感器:
除以上这些传感器外,还有将除力、热、光、声外信号转换成电信号的传感器,如下面两例:
例9:如图12所示的是通过电容器的变化来检测容器内液面高低的仪器示意图,容器中装有导电液体,是电容器的一个电极,中间的导体芯柱是电容器的另一个电极,芯柱外面套有绝缘管作为电介质,电容器的这两个电极分别用振荡电路产生电磁振荡,根据其振荡频率的高低(用与该电路相连的频率计显示)就可知容器中液面位置的高低.
(1)如果频率计显示该振荡电路的振荡频率变大了,则液面是升高了还是降低了?
(2)容器内的导电液体与大地相连,若某一时刻线圈内磁场方向向右,且正在增强,则此时导体芯柱的电势是正在升高还是降低?
解析:由题意可知导电液体和导线芯为两极板绝缘管为电介质构成一个电容器,此电容器与线圈组成一个LC振荡电路,当电容器电容变化时,便会引起振荡频率的变化,而此电容器电容的变化是由于液体和导线芯的正对面积的变化即液面的升降引起的,且随液面升高电容变大,故可以通过振荡频率的变化来探知液体深度的变化,即将液体深度的信号转换成了振荡频率信号.

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