利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

【教學目標】

一、知識與技能

1．知道干簧管、光敏電阻、三極管、二極管、電磁繼電器的功能。

2．會利用傳感器制作簡單的自動控制裝置。

二、過程與方法

通過實驗培養(yǎng)動手能力，體會傳感器在實際中的應(yīng)用。

三、情感、態(tài)度與價值觀

在實驗中通過動手組裝和調(diào)試，增強理論聯(lián)系實際的意識，激發(fā)學習興趣，培養(yǎng)良

好的科學態(tài)度。

【教學重點】

門窗防盜報警裝置和光控開關(guān)的工作原理。

【教學難點】

根據(jù)已知的傳感器設(shè)計門窗防盜報警裝置和光控開關(guān)的電路。

【教學過程】

一、器材介紹

1．二極管：單向?qū)щ娦?，在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態(tài)；在反向電

壓作用下電阻很大，處于截止狀態(tài)。

2．三極管：全稱應(yīng)為半導體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控

制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點

開關(guān)。

3．電磁繼電器：電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（輸入回路）

和被控制系統(tǒng)（輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流、

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較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種“自動開關(guān)”。

二、門窗防盜報警裝置

1．目標效果：當門窗緊閉時，蜂鳴器不響，指示燈亮；當門窗被打開時，蜂鳴器

發(fā)出聲音警報，指示燈滅。

師生共同分析現(xiàn)象的實質(zhì)：

靠近，蜂鳴器不響，指示燈亮；遠離，蜂鳴器發(fā)出聲音警報，指示燈滅。

讓學生根據(jù)實質(zhì)選擇傳感器，根據(jù)上節(jié)課所學可以選擇使用干簧管。

2．實驗器材和裝置

（1）實驗電路圖

（2）實驗器材

（3）電路工作原理

閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。

當門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個簧片被磁化相吸而接通繼電器

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線圈K，使繼電器工作。繼電器的動觸點c與常開觸點a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，

顯示電路處于正常工作狀態(tài)。

當門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電。繼電器的動觸

點c與常閉觸點b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報警。

學生根據(jù)實驗操作進行實驗，觀察實驗是否成功，如果實驗失敗，請其他小組一起

分析實驗失敗的原因。

3．實驗操作

（1）連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧

管，觀察簧片能否正常動作。

（2）確定各元件可以正常工作后，按照電路圖所示連接電路。

（3）接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實驗現(xiàn)象。

三、光控開關(guān)

1．目標效果：在天色暗到一定程度時讓路燈自動開啟，而在天明時自動熄滅。

師生共同分析現(xiàn)象的實質(zhì)：

光照弱，路燈開啟；光照強，路燈熄滅。

讓學生根據(jù)實質(zhì)選擇傳感器，根據(jù)上節(jié)課所學可以選擇使用光敏電阻。

教師提醒：工作電流很微弱，不能直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作，需要放大電路。

結(jié)合課前器材介紹，電路中需要增加三極管。

2．實驗器材和裝置

（1）實驗電路圖

若想采用小燈泡模仿路燈，就要使用繼電器（K）來啟、閉另外的供電電路。

（2）實驗器材

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（3）電路工作原理

當環(huán)境光比較強時，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導通，發(fā)光二極管或繼電

器所在的回路相當于斷路，即發(fā)光二極管不工作；繼電器處于常開狀態(tài)，小燈泡L不

亮。

當環(huán)境光比較弱時，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導通，且獲得足夠的基極電

流，產(chǎn)生較大的集電極電流，點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合而點亮小燈泡L。

學生根據(jù)實驗操作進行實驗，觀察實驗是否成功，如果實驗失敗，請其他小組一起

分析實驗失敗的原因。

3．實驗操作

（1）按照電路圖連接電路，檢查無誤后，接通電源。

（2）讓光敏電阻RG受到白天較強的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED

或小燈泡L剛好不發(fā)光。

（3）遮擋RG，當光照減弱到某種程度時，就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L

發(fā)光。

（4）讓光照加強，當光照強到某種程度時，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。

【鞏固練習】

1．某同學設(shè)計了一個加速度計，如圖所示。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中

平移，滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著；R為滑動變阻器，4是滑動

片，它與電阻器任一端之間的電阻值都與它到這端的距離成

正比。這個裝置就是一個加速度傳感器。兩個電池E的電壓

相同。按圖連接電路后，電壓表指針的零點位于表盤中央，

當P端的電勢高于Q端時，指針向零點右側(cè)偏轉(zhuǎn)。

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將框架固定在運動的物體上，當物體具有圖示方向的加速度時，電壓表的指針將

向哪個方向偏轉(zhuǎn)？簡述你分析的過程。??

2．雙金屬溫度傳感器是將兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬貼合在一起制成的。當

它溫度升高時，兩種金屬伸長不一樣而發(fā)生彎曲變形，使觸點接通或斷開。日光燈啟動

器里就有一個雙金屬溫度傳感器。取一個報廢的日光燈啟動器，去掉外殼，在充有氖氣

的玻璃泡內(nèi)，有一個U形的雙金屬片，其旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對觸

點。常溫下兩觸點是分離的，溫度升高時，雙金屬片因形變而與金屬絲接觸。

敲碎氖泡的玻璃，調(diào)節(jié)兩觸點之間的距離，使溫度升高到60℃時兩觸點恰好接通。

請你利用這個雙金屬溫度傳感器，設(shè)計一個電熱水器自動加熱的控制方案。當水溫低于

60℃時自動通電加熱，高于60℃時自動斷電。

3．工人在鍛壓機、沖床、鉆床等機器上勞動時，稍有不慎就會把手壓在里面，造

成工傷事故，工廠中大都是利用光電控制設(shè)備來避免事故發(fā)生的。如圖所示為光控繼電

器的示意圖，它由電源、光電二極管（當有光照射時，二極管導通；沒有光照時，二極

管截止。）、放大器、電磁繼電器等幾部分組成。這樣，當工人不慎將手伸入危險區(qū)域時，

由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即帶動開關(guān)，使機床停止工作，避免事故發(fā)