3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.進(jìn)一步理解常用傳感器的工作原理及應(yīng)用2學(xué)會利用傳感器制作簡單的自動控制裝置.知識梳理 預(yù)習(xí)新知機(jī)理教材 % 一、實(shí)驗(yàn)1門窗防盜報(bào)警裝置.實(shí)驗(yàn)器材和裝置干簧管作為傳感器，用于感知磁體磁場是否存在.繼電器(虛線框部分)作為執(zhí)行裝置.發(fā)光二極管LED作為電路正常工作提示，R為發(fā)光二極管的限流電阻，起保護(hù)作用.蜂鳴器H作為報(bào)警提醒.電路設(shè)計(jì)如圖1.圖1.電路工作原理當(dāng)門窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管SA,干簧管兩簧片被磁化相吸，繼電器接通而工作.當(dāng)門窗開啟時(shí)，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電，動觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警..實(shí)驗(yàn)操作(1)檢查干簧管.用磁體直接靠近干簧管，觀察干簧管簧片能否正常動作.(2)連接電路.連接電路前，要檢查其他元件是否也能正常工作.(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.二、實(shí)驗(yàn)2光控開關(guān).實(shí)驗(yàn)器材和裝置光敏電阻完成光信號向電信號的轉(zhuǎn)變.晶體三極管將電流進(jìn)行放大，同時(shí)具有完成斷路和接通的開關(guān)作用.發(fā)光二極管LED模仿路燈.電路設(shè)計(jì)如圖2甲..乙

.乙圖2為了能夠驅(qū)動更大功率的負(fù)載，需用繼電器來啟、閉另外的供電電路，如圖乙所示..電路工作原理(1)光較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻阻值小，三極管不導(dǎo)通，繼電器斷路，處于常開狀態(tài)，小燈泡L不亮.(2)光較弱時(shí)，光敏電阻阻值變大，三極管導(dǎo)通，產(chǎn)生較大的集電極電流，點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合，點(diǎn)亮小燈泡L..實(shí)驗(yàn)操作(1)連接電路，檢查無誤后，接通電源.(2)用白光照射光敏電阻，調(diào)節(jié)R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光.(3)減弱光敏電阻的光照強(qiáng)度，當(dāng)光減弱到某種程度時(shí)，發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光.(4)讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光增強(qiáng)到某種程度時(shí)，發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅.重點(diǎn)探究 啟迪思維深化重點(diǎn) 一、光控開關(guān)的應(yīng)用把把蜂鳴器、光敏電阻、干簧管繼電器開關(guān)、電源連成電路如圖3所示，制成光電報(bào)警裝置.當(dāng)報(bào)警器有光照射時(shí)，峰鳴器發(fā)聲，當(dāng)沒有光照或者光照很弱時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲.①光敏電阻：光敏電阻受光照后，阻值會變小.②干簧管繼電器開關(guān)：由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成.當(dāng)線圈中有一定的電流時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài).當(dāng)線圈中沒有電流或者電流很微弱時(shí)，磁場消失，簧片在彈力的作用下恢復(fù)到分離狀態(tài).電路已經(jīng)連接一部分，請將電路完整連接好.F笛管繼射器開關(guān)光敏電阻蚱嗚器光電報(bào)特裝置F笛管繼射器開關(guān)光敏電阻蚱嗚器光電報(bào)特裝置答案見解析解析電池、光敏電阻與開關(guān)及干簧管繼電器開關(guān)外面接線構(gòu)成一個回路；而另一組電池、蜂鳴器與干簧管繼電器開關(guān)里面的兩個接線構(gòu)成又一個回路.當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻阻值變小，使得干簧管繼電器開關(guān)存在磁場，導(dǎo)致開關(guān)接通，最終使得蜂鳴器發(fā)聲，電路如圖所示.干褥管里電耨開笑二、熱敏電阻的應(yīng)用:?（2016?全國卷I）現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警.提供的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時(shí)就會報(bào)警），電阻箱（最大阻值為999.9Q）,直流電源（輸出電壓為U，內(nèi)阻不計(jì)），滑動變阻器R1（最大阻值為1000Q），滑動變阻器R2（最大阻值為2000Q），單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干.在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，已知U約為18V,Ic約為10mA；流過報(bào)警器的電流超過20mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60℃時(shí)阻值為650.0Q.（1）完成如圖4所示待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線.圖4（2）電路中應(yīng)選用滑動變阻器（填“R1”或“R2”）.（3）按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng)：①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為Q；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是②將開關(guān)向（填“c”或"d”）端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至（4）保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用.答案（1）見解析圖（2）R2（3）①650.0b接通電源后，流過報(bào)警器的電流會超過20mA,報(bào)警器可能損壞②c報(bào)警器開始報(bào)警解析（1）熱敏電阻工作溫度達(dá)到60℃時(shí)報(bào)警器報(bào)警故需通過調(diào)節(jié)電阻箱使其電阻為60℃時(shí)的熱敏電阻的阻值，即調(diào)節(jié)到阻值650.0Q,使報(bào)警器能正常報(bào)警，電路圖如圖所示.

熱敏電阻報(bào)警器熱敏電阻報(bào)警器⑵U=18V，當(dāng)通過報(bào)警器的電流10mAWI<20mA，故電路中總電阻R=U，即900QWRWc Ic1800Q,故滑動變阻器選R2.(3)熱敏電阻阻值為650.0Q時(shí)才報(bào)警器開始報(bào)警，模擬熱敏電阻的電阻箱阻值也應(yīng)為650.0Q,實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)，將開關(guān)置于c端，緩慢調(diào)節(jié)滑動變阻器，直到報(bào)警器開始報(bào)警.為防止通過報(bào)隨堂演練警器電流過大，造成報(bào)警器燒壞，應(yīng)使滑動變阻器的滑片置于b端.隨堂演練逐點(diǎn)突破達(dá)標(biāo)自測 % .光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應(yīng)用.街道路燈自動控制就是應(yīng)用之一，如圖5所示電路為模擬電路，其中A為一光敏電阻，B為電磁繼電器，。為電流信號放大器，D為路燈.請連成正確的電路，達(dá)到日出路燈熄、日落路燈亮的效果.電磁版電磁版圖5答案見解析圖解析當(dāng)有光照射時(shí)，電流經(jīng)過放大器輸出一個較大的電流，驅(qū)動電磁繼電器吸合，使兩個觸點(diǎn)斷開；當(dāng)無光照時(shí)，電流減小，放大器輸出電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，使兩個觸點(diǎn)閉合，控制路燈電路接通，路燈開始工作，電路如圖所示.

電流信號膠大器電流信號膠大器2.如圖6甲所示為一熱敏電阻的R-1圖像，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路，繼電器線圈的電阻為200Q.當(dāng)線圈中的電流大于或等于20mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合.為繼電器線圈供電電池的電動勢E=8V,內(nèi)阻可以不計(jì).圖中的“電源”是恒溫箱加熱電源.（1）圖甲說明熱敏電阻的阻值隨著溫度的升高而（選填“增大”“減小”或“不變”）.（2）應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)加熱器接（選填"/夕'或"CD”）端.（3）如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持100℃,滑動變阻器R1接入電路的電阻值為Q.答案（1）減?。?）AB（3）150解析（1）由題圖甲可知熱敏電阻的阻值隨著溫度的升高而減??；⑵當(dāng)溫度較低的時(shí)候，熱敏電阻的阻值較大，電路中的電流較小，此時(shí)繼電器的銜鐵與AB部分連接，此時(shí)是需要加熱的，恒溫箱內(nèi)的加熱器要工作，所以應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在AB端.⑶當(dāng)溫度達(dá)到100℃時(shí)，加熱電路就要斷開，此時(shí)繼電器的銜鐵要被吸合，即控制電路的電流要達(dá)到20mA=0.02A，根據(jù)閉合電路歐姆定律可得：I=一E-，解得：R、=150Q.R+R1+R0 1課時(shí)對點(diǎn)練 注重雙基強(qiáng)化落實(shí) % ▼基礎(chǔ)對點(diǎn)練1.測定壓力變化的電容式傳感器如圖1所示，A為固定電極，B為可動電極，組成一個電容大小可變的電容器.可動電極兩端固定，當(dāng)待測壓力施加在可動電極上時(shí)，可動電極發(fā)生形變，從而改變了電容器的電容.現(xiàn)將此電容式傳感器連接到如圖所示的電路中，當(dāng)待測壓力增大時(shí)（）待測厘力—圖1A.電容器的電容將減小B.電阻R中沒有電流C.電阻R中有從a流向b的電流D.電阻R中有從b流向a的電流答案D解析當(dāng)待測壓力增大時(shí)，電容器板間距離減小，根據(jù)電容的決定式C=4S得知，電容C增大，故A錯誤.電容器板間電壓U不變，電容器所帶電荷量為Q=CU,C增大，則Q增大，電容器處于充電狀態(tài)，電路中形成逆時(shí)針方向的充電電流，電阻R中有從b流向a的電流，故B、C錯誤，D正確.2.（多選）電熨斗已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶，特別是服裝店更離不開它，現(xiàn)在的電熨斗具有自動控制溫度功能，可以通過雙金屬片來控制電路的通斷.如圖2為電熨斗的結(jié)構(gòu)示意圖，下列關(guān)于電熨斗的控制電路的說法正確的是（）比 u□-朗溫旋鈕彈性銅片' 升降撥一\6 『絕緣支.Si虹X二na雙金屬片」1M派三^金園底板圖2A.常溫下，電熨斗的上下觸點(diǎn)應(yīng)該是分離的B.圖中雙金屬片上層的膨脹系數(shù)大于下層金屬片的膨脹系數(shù)C.熨燙棉麻衣物時(shí)需要設(shè)定較高的溫度，應(yīng)旋轉(zhuǎn)調(diào)溫旋鈕，使升降螺釘上升D.熨燙絲綢衣物時(shí)需要設(shè)定較低的溫度，應(yīng)旋轉(zhuǎn)調(diào)溫旋鈕，使升降螺釘上升答案BD解析常溫時(shí)，電熨斗的上下觸點(diǎn)接觸，這樣電熨斗接通電源后能進(jìn)行加熱.當(dāng)溫度過高時(shí)雙金屬片膨脹，因上層的熱膨脹系數(shù)較大，故上層膨脹得厲害，雙金屬片向下彎曲，彎曲到一定程度后，兩觸點(diǎn)分離，電路斷開，電熱絲停止加熱；當(dāng)溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，故A錯誤，B正確.熨燙棉麻衣物需要設(shè)定較高的溫度，也就是要求雙金屬片彎曲程度較大時(shí)，兩觸點(diǎn)分離，所以應(yīng)使升降螺釘下降；熨燙絲綢衣物需要設(shè)定較低的溫度，應(yīng)使升降螺釘上升，故C錯誤，D正確.力能力綜合練.（多選）如圖3所示是某小區(qū)門口利用光敏電阻設(shè)計(jì)的行人監(jiān)控裝置，R1為光敏電阻、R2為定值電阻，A、B接監(jiān)控裝置.則（）圖3A.當(dāng)有人通過而遮住光線時(shí)，A、B之間電壓升高B.當(dāng)有人通過而遮住光線時(shí)，A、B之間電壓降低C.當(dāng)僅增大R2的阻值時(shí)，可增大A、B之間的電壓D.當(dāng)僅減小R2的阻值時(shí)，可增大A、B之間的電壓答案BC解析R1是光敏電阻，有光照射時(shí)，電阻變小，當(dāng)有人通過而遮住光線時(shí)，R1的阻值變大，回路中的電流I減小，A、B間的電壓U=IR2減小，故A項(xiàng)錯誤，B項(xiàng)正確；由閉合電路歐姆定律得：。=E-I（R1+r），當(dāng)僅增大R2的阻值時(shí)，電路中的電流減小，A、B間的電壓U增大，故C項(xiàng)正確；當(dāng)減小R2的阻值時(shí)，電路中的電流增大，A、B間的電壓U減小，故D項(xiàng)錯誤..如圖4所示為一溫度自動報(bào)警器的原理圖，在水銀溫度計(jì)的頂端封入一段金屬絲，下列說法正確的是（）A.溫度升高至74℃時(shí)，燈L1亮報(bào)警B.溫度升高至74℃時(shí)，燈L2亮報(bào)警C.溫度升高至78℃時(shí)，燈L1亮報(bào)警D.溫度升高至78℃時(shí)，燈L2亮報(bào)警答案D解析當(dāng)溫度低于78℃時(shí)，線圈中沒有電流，此時(shí)僅燈L1亮，并不報(bào)警；當(dāng)溫度升高到78℃時(shí)，線圈中有電流，磁體吸引銜鐵，燈l2被接通，所以燈L2亮報(bào)警.5.（2020?太原市模擬）如圖5是磁報(bào)警裝置中的一部分電路示意圖，其中電源電動勢為E，內(nèi)TOC\o"1-5"\h\z阻為r,R1、R2是定值電阻.RB是磁敏傳感器，它的電阻阻值隨磁體的出現(xiàn)而減小，c、d接報(bào)警器.電路閉合后，當(dāng)傳感器RB所在處出現(xiàn)磁體時(shí)，則通過電流表的電流I,c、d兩端的電壓U將（ ）\o"CurrentDocument"廠—--1?-- 0-、L報(bào)警器口窄 駕」 ULZd圖5I變大，U變小I變小，U變大I變大，U變大I變小，U變小答案A解析由“串反并同”知當(dāng)傳感器處出現(xiàn)磁體，RB減小時(shí)，干路電流變大，U變小，電流表示數(shù)變大，即I變大，故A對，B、C、D錯.6.溫度傳感器廣泛應(yīng)用于家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的.如圖6甲所示為某裝置中的傳感器工作原理圖，已知電源的電動勢E=9.0V,內(nèi)電阻不計(jì)；G為靈敏電流表，其電阻Rg保持不變，R為熱敏電阻，其阻值隨溫度的變化關(guān)系如圖乙所示.閉合開關(guān)S,當(dāng)R的溫度等于20℃時(shí)，電流表示數(shù)11=2mA；當(dāng)電流表的示數(shù)12=3.6mA時(shí)，熱敏電阻的溫度是（）

60℃C.100℃60℃C.100℃圖680℃D.120℃答案DE解析由題圖乙可知，當(dāng)R的溫度等于20℃時(shí)，熱敏電阻的阻值R1=4kQ，則由11=R+R-1g可得R=0.5kQ；當(dāng)電流L=3.6mA時(shí)，由L=—E~可得R廣2kQ，由題圖乙可知，此時(shí)g 2 2R2+Rg 2熱敏電阻的溫度為120℃，故選D.7.（多選）（2019?大慶市實(shí)驗(yàn)中學(xué)月考）如圖7所示的火災(zāi)報(bào)警裝置，R1為熱敏電阻，若溫度升高，則R1的阻值會急劇減小，從而引起電鈴兩端電壓增加，當(dāng)電鈴兩端電壓達(dá)到一定值時(shí)，電鈴會響.下列說法正確的是（圖7圖7A.A.要使報(bào)警的臨界溫度升高，

B.要使報(bào)警的臨界溫度升高，

C.要使報(bào)警的臨界溫度降低，

D.要使報(bào)警的臨界溫度降低，可以適當(dāng)增大電源的電動勢可以把R2的滑片尸適當(dāng)向下移可以適當(dāng)增大電源的電動勢可以把R2的滑片尸適當(dāng)向下移答案CD解析要使報(bào)警的臨界溫度升高，R1對應(yīng)的阻值減小，電路中電流會增大，電鈴兩端的電壓會增大，而當(dāng)電鈴兩端電壓達(dá)到一定值時(shí)，電鈴會響，要使電鈴的電壓仍為原來的值，可以適當(dāng)減小電源的電動勢，相反，要使報(bào)警的臨界溫度降低，可以適當(dāng)增大電源的電動勢，故A錯誤，C正確；要使報(bào)警的臨界溫度升高，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)可知，可以把R2的滑片尸適當(dāng)向上移，以減小為接入電路的阻值，相反，要使報(bào)警的臨界溫度降低，可以把R2的滑片P適當(dāng)向下移，故B錯誤，D正確..如圖8是某研究學(xué)習(xí)小組模擬街道路燈自動控制電路的電路圖，光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制，光敏電阻的阻值隨著光照強(qiáng)度增強(qiáng)而減小，利用直流電源為電磁鐵供電，利用照明電源為路燈供電.為達(dá)到天亮燈熄、天暗燈亮的效果，路燈應(yīng)接在（選填“AB”或“BC”）之間，請用筆畫線代替導(dǎo)線，正確連接部分電路元件.圖8答案AB見解析圖解析該模擬電路原理是：由光敏電阻感知光照強(qiáng)度變化，調(diào)節(jié)電磁鐵中電流的大小，即可調(diào)節(jié)電磁鐵的磁性強(qiáng)弱，吸引或者釋放銜鐵，從而斷開或接通路燈，達(dá)到天亮燈熄、天暗燈亮的效果.因?yàn)樘炝習(xí)r光照強(qiáng)度大，光敏電阻阻值較小，電路的電流較大，電磁的磁性強(qiáng)，可將銜鐵吸下，接通BC,斷開AB；又因?yàn)樘炝列枰獢嚅_路燈，所以路燈應(yīng)接在AB之間.電路連線直接將DE兩端口與光敏電阻、滑動變阻器、開關(guān)以及電源串聯(lián)即可.電路如圖所示..傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，在自動控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹浚ㄈ鐪囟?、光、聲等）轉(zhuǎn)換成便于測量的量（電學(xué)量），例如熱敏傳感器.某熱敏電阻RT阻值隨溫度變化的圖線如圖9甲所示，圖乙是由該熱敏電阻RT作為傳感器制作的簡單自動報(bào)警器線路圖.問：甲 乙圖9⑴為了使溫度過高時(shí)報(bào)警器響鈴，c應(yīng)接在（選填"a”或"b”）處.（2）若要使啟動報(bào)警的溫度提高些，應(yīng)將滑動變阻器的滑片P向（選填“左”或“右”）移動.（3）如果在調(diào)試報(bào)警器達(dá)到最低報(bào)警溫度時(shí)，無論如何調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P都不能使報(bào)警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路不能正常工作的原因可能是 .答案（1）a（2）左（3）電源提供的電壓太小以至于電磁鐵磁性太弱或彈簧勁度系數(shù)太大，電磁鐵的吸引力小于彈力解析（