第3講　實(shí)驗(yàn)：傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用 講義

1、.第3講實(shí)驗(yàn)：傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用見(jiàn)學(xué)生用書P177微知識(shí)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解傳感器的工作過(guò)程，掌握敏感元件的特性。2學(xué)會(huì)傳感器的簡(jiǎn)單使用。微知識(shí)2 實(shí)驗(yàn)原理傳感器是將它感受的物理量如力、熱、光、聲等轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量一般是電學(xué)量，其工作過(guò)程是通過(guò)對(duì)某一物理量敏感的元件將感受到的信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號(hào)。例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過(guò)電子電路的處理就可以到達(dá)自動(dòng)控制、遙控等各種目的了。微知識(shí)3 實(shí)驗(yàn)器材熱敏電阻，光敏電阻，燒杯，溫度計(jì)，熱水，多用電表，小燈泡，學(xué)生電源，開(kāi)關(guān)與導(dǎo)線，滑動(dòng)變阻器，

2、鐵架臺(tái)，光電計(jì)數(shù)器。微知識(shí)4 實(shí)驗(yàn)步驟1研究熱敏電阻的熱敏特性1按圖所示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理，多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于“×100擋。2先用多用電表測(cè)出燒杯中沒(méi)有熱水時(shí)熱敏電阻的阻值，并記下溫度計(jì)的示數(shù)。3向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒(méi)在冷水中，記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測(cè)量的熱敏電阻的阻值。4將熱水分幾次注入燒杯中，測(cè)出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄。5根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，分析熱敏電阻的特性。2研究光敏電阻的光敏特性1將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按圖所示電路連接好，其中多用電表置于“×1 k擋。2先測(cè)出小燈泡不發(fā)光光陰敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)。3翻開(kāi)

3、電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度，使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。4根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，分析光敏電阻的特性。3將手掌或一個(gè)厚紙板插入光源和光電計(jì)數(shù)器之間，觀察、分析光電計(jì)數(shù)器的工作原理。微知識(shí)5 數(shù)據(jù)處理根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)，完成以下表格內(nèi)容。1研究熱敏電阻的熱敏特性2.研究光敏電阻的光敏特性微知識(shí)6 本卷須知1熱敏電阻、燒杯、溫度計(jì)容易破損，實(shí)驗(yàn)中注意輕拿輕放。2光電計(jì)數(shù)器、小燈泡的額定電壓比較小不超過(guò)6 V，實(shí)驗(yàn)中切忌超過(guò)其額定電壓損壞器材。3燒杯中加水時(shí)，要等熱敏電阻溫度穩(wěn)定后再測(cè)量其阻值。一、思維辨析判斷正誤，正確的畫“，錯(cuò)誤的畫“×。1熱敏電阻的阻值隨溫度

4、的升高而減小。2金屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而減小。×3光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而增大。×二、對(duì)點(diǎn)微練1傳感器的原理多項(xiàng)選擇關(guān)于傳感器的作用，以下說(shuō)法正確的有A通常的傳感器可以直接用來(lái)進(jìn)展自動(dòng)控制B傳感器可以用來(lái)采集信息C傳感器可以將感受到的一些信號(hào)轉(zhuǎn)換為電學(xué)量D傳感器可以將所有感受到的信號(hào)都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量解析傳感器是將感受到的非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的儀器，不同的傳感器感受不同的信號(hào)，B、C項(xiàng)對(duì)。答案BC2熱敏電阻如下圖，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)AR1兩端的電壓增大B電流表的

5、示數(shù)增大C小燈泡的亮度變強(qiáng)D小燈泡的亮度變?nèi)踅馕鰷囟冉档蜁r(shí)R2增加，干路電流減小，R1兩端電壓、電流表示數(shù)都減小，燈泡兩端電壓變大、亮度變強(qiáng)。答案C3光敏電阻街旁的路燈、江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮，白天熄，利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，這是利用半導(dǎo)體的A壓敏性B光敏性C熱敏性D三種特性都利用解析街旁的路燈和江海里的航標(biāo)，都是利用了半導(dǎo)體的光敏性，夜晚電阻大，白天電阻小，控制了電路的通斷。答案B見(jiàn)學(xué)生用書P178微考點(diǎn)1熱敏電阻的原理及應(yīng)用核|心|微|講金屬熱電阻和熱敏電阻金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻。與金屬不同的是有些

6、半導(dǎo)體的導(dǎo)電才能隨溫度的升高而增強(qiáng)，故可以用半導(dǎo)體材料制成熱敏電阻。與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，但靈敏度較差。典|例|微|探【例1】某同學(xué)嘗試把一個(gè)靈敏電流表改裝成溫度表，他所選用的器材有：靈敏電流表待改裝，學(xué)生電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器，單刀雙擲開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線假設(shè)干，導(dǎo)熱性能良好的防水材料，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，PTC熱敏電阻RtPTC線性熱敏電阻的阻值與攝氏溫度t的關(guān)系為Rtakt，a>0，k>0。設(shè)計(jì)電路圖如下圖，并按如下步驟進(jìn)展操作。1按電路圖連接好實(shí)驗(yàn)器材。2將滑動(dòng)變阻器滑片P滑到_填“a或“b端，單刀雙擲開(kāi)關(guān)S擲于_填“c或“d端，調(diào)節(jié)滑片P使電流

7、表_，并在以后的操作中保持滑片P位置不動(dòng)，設(shè)此時(shí)電路總電阻為R，斷開(kāi)電路。3容器中倒入適量開(kāi)水，觀察標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，每當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)示數(shù)下降5 ，就將開(kāi)關(guān)S置于d端，并記錄此時(shí)的溫度t和對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù)I，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。請(qǐng)根據(jù)溫度表的設(shè)計(jì)原理和電路圖，寫出電流與溫度的關(guān)系式I_用題目中給定的符號(hào)表示。4根據(jù)對(duì)應(yīng)溫度記錄的電流表示數(shù)，重新刻制電流表的表盤，改裝成溫度表。根據(jù)改裝原理，此溫度表表盤刻度線的特點(diǎn)：低溫刻度在_填“左或“右側(cè)，刻度線分布是否均勻？_填“是或“否?！窘忸}導(dǎo)思】1滑動(dòng)變阻器為分壓式接法還是限流式接法？閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻值是最大還是最??？答：滑動(dòng)變阻器應(yīng)為限流式

8、接法，閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻值最大。2低溫刻度在表盤的左側(cè)還是右側(cè)？答：溫度越低，電阻越小，回路中I越大，所以低溫度刻度在右側(cè)。解析2分析電路可知滑動(dòng)變阻器為限流式接法，所以閉合開(kāi)關(guān)前，使它的阻值處于最大值狀態(tài)，即將滑片P滑到a端。為了設(shè)計(jì)表盤刻度，應(yīng)使開(kāi)關(guān)擲于c處，調(diào)節(jié)滑片，使電流表滿偏。3把開(kāi)關(guān)置于d端，根據(jù)閉合電路歐姆定律得I，又Rtakt，聯(lián)立得出電流與溫度的關(guān)系式為I。4因?yàn)镽takt且a>0，k>0，所以溫度越低，電阻越小，回路中I越大，所以低溫度刻度在右側(cè)，由3中關(guān)系式可知電流與溫度不是線性關(guān)系，所以刻度線分布不均勻。答案2ac滿偏34右否題|組|微|練

9、1如下圖是在溫度為10 左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡(jiǎn)圖，箱內(nèi)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下圖，當(dāng)a、b端電壓Uab0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開(kāi)關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度進(jìn)步；當(dāng)Uab0時(shí)，電壓鑒別器使S斷開(kāi)，停頓加熱，那么恒溫箱內(nèi)的溫度大約恒定在_，并簡(jiǎn)述其原理。解析當(dāng)Uab0時(shí)，設(shè)通過(guò)R1與R2的電流是I1，通過(guò)R3及Rt的電流是I2，那么有I1R1I2R3、I1R2I2Rt，兩式相比得RtR320 k，從圖可得，Rt20 k時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度約是35 。其原理為當(dāng)熱敏電阻的溫度即恒溫箱內(nèi)的溫度高于35 時(shí)，其電阻將小

10、于20 k，那么I2將增大，R3兩端電壓增大，b點(diǎn)電勢(shì)將降低，使得Uab0，據(jù)題意，此時(shí)電壓鑒別器使S斷開(kāi)，電熱絲停頓工作，溫度就逐漸降低；當(dāng)熱敏電阻的溫度低于35 時(shí)，其電阻將大于20 k，那么I2將減小，R3兩端電壓減小，b點(diǎn)電勢(shì)將升高，使得Uab0，據(jù)題意，此時(shí)電壓鑒別器使S閉合，電熱絲工作，溫度又逐漸升高。這樣，就使得恒溫箱內(nèi)的溫度大約恒定在35 了。答案35原理見(jiàn)解析2如下圖，圖甲為熱敏電阻的Rt圖象，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個(gè)簡(jiǎn)單恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為100 。當(dāng)線圈的電流大于或等于20 mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動(dòng)勢(shì)E9.0 V，內(nèi)

11、阻不計(jì)。圖中的“電源是恒溫箱加熱器的電源。1應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在_填“A、B端或“C、D端。2假如要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50 ，可變電阻R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為_(kāi)。解析恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在A、B端。當(dāng)線圈中的電流較小時(shí)，繼電器的銜鐵在上方，恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高。隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高，熱敏電阻R的阻值變小，那么線圈中的電流變大，當(dāng)線圈的電流大于或等于20 mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸到下方來(lái)，那么恒溫箱加熱器與電源斷開(kāi)，加熱器停頓工作，恒溫箱內(nèi)溫度降低。隨著恒溫箱內(nèi)溫度降低，熱敏電阻R的阻值變大，那么線圈中的電流變小，當(dāng)線圈的電流小于20 mA時(shí)，繼電器的銜鐵又被釋放到上方

12、，那么恒溫箱加熱器又開(kāi)場(chǎng)工作，這樣就可以使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度。要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50 ，即50 時(shí)線圈內(nèi)的電流為20 mA。由閉合電路歐姆定律I，r為繼電器的電阻。由題圖甲可知，50 時(shí)熱敏電阻的阻值為90 ，所以RrR260 。答案1A、B端2260微考點(diǎn)2光敏電阻的原理及應(yīng)用核|心|微|講光敏電阻在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，光照增強(qiáng)電阻變小，光照減弱電阻變大。典|例|微|探【例2】為了節(jié)能環(huán)保，一些公共場(chǎng)所使用光控開(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開(kāi)關(guān)可采用光敏電阻來(lái)控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度的單位為lx。1某光敏電阻R在不同照度

13、下的阻值如下表，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在如圖甲的坐標(biāo)系中描繪出了阻值隨照度變化的曲線。由圖象可求出照度為1.0 lx時(shí)的電阻約為_(kāi)k。照度/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/k5.83.72.82.31.82如圖乙所示是街道路燈自動(dòng)控制模擬電路，利用直流電源為電磁鐵供電，利用照明電源為路燈供電。為到達(dá)天亮燈熄、天暗燈亮的效果，路燈應(yīng)接在_填“A、B或“B、C之間，請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，正確連接電路元件。3用多用電表的歐姆擋選“×10的倍率，按正確步驟測(cè)量圖中電磁鐵線圈電阻時(shí)，指針示數(shù)如圖丙所示，那么線圈的電阻為_(kāi)。當(dāng)線圈中的電流大于或等于2 mA時(shí)，繼電器的銜鐵將被吸合。圖中直流電

14、源的電動(dòng)勢(shì)E6 V，內(nèi)阻忽略不計(jì)，滑動(dòng)變阻器有三種規(guī)格可供選擇：R1010 ，2 A、R20200 ，1 A、R301 750 ，0.1 A。要求天色漸暗照度降低至 1.0 lx時(shí)點(diǎn)亮路燈，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇_填“R1“R2或“R3。為使天色更暗時(shí)才點(diǎn)亮路燈，應(yīng)適當(dāng)?shù)豞填“增大或“減小滑動(dòng)變阻器的電阻?！窘忸}導(dǎo)思】光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大如何變化？答：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小。解析1從圖中讀出對(duì)應(yīng)于照度為1.0 lx時(shí)的縱坐標(biāo)可得對(duì)應(yīng)電阻值。2天亮光陰照強(qiáng)度增大，光敏電阻的阻值減小，電磁鐵中電流增大，磁場(chǎng)增強(qiáng)，吸引銜鐵向下與C接通，燈熄滅，故燈泡應(yīng)接在A、B之間。實(shí)驗(yàn)連接圖見(jiàn)答

15、案。3多用電表讀數(shù)為 140 。路燈點(diǎn)亮?xí)r電磁鐵中電流小于2 mA，那么電路中總阻值R>3 k，此光陰敏電阻的阻值小于2 k，那么滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值應(yīng)不小于1 k，故應(yīng)選用R3。由于電磁鐵中電流在減小到2 mA時(shí)才能放開(kāi)銜鐵，路燈才能發(fā)光，故路燈發(fā)光時(shí)控制電路中總電阻是一定的，要使天色更暗時(shí)才點(diǎn)亮路燈，那么要求在控制電路中的電流到達(dá)2 mA光陰敏電阻的阻值更大，故滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值應(yīng)減小。答案12.02A、B如下圖3140R3減小題|組|微|練3.多項(xiàng)選擇如下圖為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)示意圖，被計(jì)數(shù)的制品放在傳送帶上，光源安裝在傳送帶一側(cè)，光電計(jì)數(shù)裝置信息處理系統(tǒng)安裝在傳送帶的

16、另一側(cè)，其中R1是光敏電阻，R2是定值電阻，每當(dāng)有制品通過(guò)時(shí)，光被擋住，計(jì)數(shù)器就自動(dòng)把制品數(shù)目記錄下來(lái)。關(guān)于此光電計(jì)數(shù)器的運(yùn)用，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓B當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓C信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次D信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次解析當(dāng)有光照到R1時(shí)，R1電阻率降低，電阻變小，電路電流變大，定值電阻R2兩端電壓變大，所以R1分得的電壓要變小，與之并聯(lián)的信號(hào)處理系統(tǒng)電壓也會(huì)變?。煌?，當(dāng)有制品通過(guò)時(shí)，照向R1的光被制品擋住，R1電阻率變大，其電阻隨之變大，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得較高電壓，所以正確答案是AC。答案AC4為了

17、節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所使用光控開(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開(kāi)關(guān)可采用光敏電阻來(lái)控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx。某光敏電阻ROS在不同照度下的阻值如下表所示：照度lx0.20.40.60.81.01.2電阻k7540282320181根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D中給定的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說(shuō)明阻值隨照度變化的特點(diǎn)。2如下圖，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時(shí)，控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，請(qǐng)利用以下器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單電路給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗、照度降低至1.0 lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。不考慮

18、控制開(kāi)關(guān)對(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響提供的器材如下：光敏電阻ROS符號(hào)，阻值見(jiàn)上表直流電源E電動(dòng)勢(shì)3 V，內(nèi)阻不計(jì)；定值電阻：R110 k，R220 k，R340 k 限選其中之一并在圖中標(biāo)出開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線假設(shè)干。解析1根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)連線，得到如下圖的變化曲線。由圖可知阻值隨照度變化的特點(diǎn)：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大非線性減小。2因天色漸暗、照度降低至1.0 lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，此光陰敏電阻阻值為20 k，兩端電壓為2 V，電源電動(dòng)勢(shì)為3 V，故應(yīng)加上一個(gè)分壓電阻，分壓電阻阻值為10 k，即選用R1。此電路的原理圖如下圖。答案見(jiàn)解析見(jiàn)學(xué)生用書P1801多項(xiàng)選擇如圖，電容式觸摸屏的構(gòu)造主

19、要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導(dǎo)體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長(zhǎng)的電極，在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)，在觸摸屏幕時(shí)，由于人體是導(dǎo)體，手指與內(nèi)部導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)特殊電容耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的間隔 成正比，位于觸摸屏后的控制器便會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。由以上信息可知，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A電容式觸摸屏的兩極板分別是導(dǎo)體層和手指B當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指與屏的接觸面積越大，電容越大C當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指與屏的接觸面積越大，電容越小D當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指和屏的接觸面積的大小影響電容的大小解析

20、電容式觸摸屏在原理上把人的手指當(dāng)作一個(gè)電容器元件的一個(gè)極板，把導(dǎo)體層當(dāng)作另一極板，應(yīng)選項(xiàng)A正確；手指和屏的接觸面積大小會(huì)影響到電容大小，接觸面積越大，即兩極板的正對(duì)面積越大，電容越大，應(yīng)選項(xiàng)B、D正確，C錯(cuò)誤。答案ABD2如圖甲為某一熱敏電阻電阻值隨溫度的改變而改變，且對(duì)溫度很敏感的IU關(guān)系曲線圖。1為了通過(guò)測(cè)量得到如圖甲所示的IU關(guān)系的完好曲線，在圖乙a和b兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖_；簡(jiǎn)要說(shuō)明理由：_。電源電動(dòng)勢(shì)為9 V，內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的阻值為0100 2在如圖丙所示電路中，電源電壓恒為9 V，電流表讀數(shù)為70 mA，定值電阻R1250 。由熱敏電阻的IU關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_(kāi)V；電阻R2的阻值為_(kāi)。解析1應(yīng)選擇圖a，因?yàn)閳Da電路電壓可從0 V調(diào)到所需電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍大。2由題圖知R2與熱敏電阻串聯(lián)后，與R1并聯(lián)接在9 V電源上，總電流I70 mA，R1250 。設(shè)通過(guò)熱敏電阻的電流為I2，通過(guò)R1的電流為I1，那么II1I2，故I2II1mA34 mA。由圖象查得34 mA對(duì)應(yīng)的電壓為5.2 V，R2兩端電壓U29.0 V5.2 V3.8 V，所以R2111.8 。答案1a因?yàn)閍電路電壓可從0 V調(diào)到所需電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍大25.21