實驗11：傳感器的簡單使用

一、實驗目的1.了解傳感器的工作過程，探究敏感元件的特性。2.能夠簡單使用傳感器。二、實驗原理傳感器是將它感受到的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學量)。其工作過程是通過對某一物理量敏感的元件將感受到的信號按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號。例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)過電子電路的處理就可以達到方便檢測、自動控制、遙控等各種目的了。三、實驗器材熱敏電阻、光敏電阻、燒杯、溫度計、熱水、多用電表、小燈泡、學生電源、開關(guān)、滑動變阻器、鐵架臺、導線若干。

四、實驗步驟1.研究熱敏電阻的熱敏特性。(1)按圖10-3-1所示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理。(2)把多用電表置于“歐姆擋”，并選擇適當?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有熱水時熱敏電阻的阻值，并記下溫度計的示數(shù)；(3)向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記下溫度計的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值；(4)將熱水分幾次注入燒杯中，測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)，把測量到的溫度、電阻值填入下表中，分析熱敏電阻的特性。(6)在圖10-3-2坐標系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。(7)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和R-t圖線，得出結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。圖10-3-1圖10-3-2次數(shù)待測量溫度(℃)電阻(Ω)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、滑動變阻器按如圖10-3-3所示電路連接好，其中多用電表置于“×100”擋；(2)先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)；(3)打開電源，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)用手掌(或黑紙)遮光時電阻值又是多少？并記錄；(5)把記錄的結(jié)果填入下表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。

結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化，光照增強，電阻變小，光強減弱，電阻變大。五、注意事項1.燒杯中加水改變溫度時，要等待溫度穩(wěn)定后再測熱敏電阻的阻值。并同時讀取溫度值。2.歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。3.調(diào)節(jié)燈泡亮度時，注意不要超過其額定電壓。圖10-3-3光照強度弱中強無光照射阻值(Ω)

【解析】(1)光敏電阻隨光照度變化的曲線如圖10-3-6所示，其特點是：光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。

(2)當光照度降至1.0(lx)時，光敏電阻的阻值為RP=20kΩ，設計原理圖如圖10-3-7所示。根據(jù)歐姆定律與串聯(lián)電阻的分壓即R=10kΩ即與RP串聯(lián)的電阻應選R1=10kΩ。圖10-3-6圖10-3-7

1光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應用，比如用于街道路燈的自動控制。圖10-3-8為模擬電路，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，請連成正確的電路，達到日出燈熄，日落燈亮的效果。

【答案】當天亮時，光線照射光敏電阻A。其阻值迅速減小，控制回路電流增大，繼電器B工作，吸住銜鐵使觸點斷開，路燈熄滅。當夜晚降臨，光線變暗，光敏電阻A的阻值增大，控制回路電流減小，彈簧將銜鐵拉起，觸點接通，路燈點亮。圖10-3-8【例2】如圖10-3-9所示為某種電子秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑動電阻器，阻值為R，長度為L，兩邊分別有P1、P2兩個滑動頭。P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動。彈簧處于原長時，P1剛好指著A端。P1與托盤固定相連，若P1、P2間出現(xiàn)電壓時，該電壓經(jīng)過放大，通過信號轉(zhuǎn)換后在顯示屏上可顯示物體重力的大小，已知彈簧的勁度系數(shù)為k，托盤自身質(zhì)量為m0，電源電動勢為E，內(nèi)阻不計，當?shù)氐闹亓铀俣葹間，求：(1)托盤尚未放物體時，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離x1；(2)托盤上放有質(zhì)量為m的物體時，P1離A的距離x2；(3)在托盤上未放物體時通常先校準零點，試推想校準零點的方法？校準零點后，將物體m放在托盤上，試推導出物體質(zhì)量m與P1、P2間電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式。熱點二傳感器的應用圖10-3-9

2某同學為了測量一物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)，如圖10-3-10所示。測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U?，F(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個，開關(guān)及導線若干，待測物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)。請完成對該物體質(zhì)量的測量。(1)設計一個電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在圖10-3-11的方框中畫出完整的測量電路圖。(2)簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m。(3)請設想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題。

【答案】(1)設計的電路圖如圖所示。(2)測量步驟與結(jié)果：①調(diào)節(jié)滑動變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零；②將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U0；③將待測物放在轉(zhuǎn)換器上，記下