1、第3講傳感器的原理及其應用,第十章交變電流 傳感器,內容索引,基礎 知識梳理,命題點一 溫度傳感器及其應用,命題點二 光電傳感器及其應用,命題點三 其他傳感器及其應用,命題點四 傳感器與電學實驗的結合,基礎知識梳理,1,一、傳感器及構成 1.傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的 ，并能將檢測感受到的信息按一定規(guī)律變換成為 信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求. 2.傳感器一般由 元件、轉換元件和轉換電路三部分組成.,信息,電,敏感,二、傳感器的分類 傳感器一般按被測量、 、能量傳遞方式等進行分類. 三、兩種重要的傳感器 1.溫度傳感器：一種將溫度

2、變化轉換成 變化的裝置.熱敏電阻是利用 材料的阻值隨溫度的變化而變化的特性實現(xiàn)溫度測量的. 2.光電傳感器：一種將光學量變化轉換成 變化的傳感器，就是光電傳感器在 作用下，其 性能發(fā)生變化，如光敏電阻、光電池和光敏晶體管等.,工作原理,電學量,半導體,電學量,光照,導電,如圖所示，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負溫度系數(shù)的熱敏電阻rt(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央.若在rt上擦一些酒精，表針將如何偏轉？若用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉？,答案,由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻rt溫度降低，電阻值增大，指針將向左偏；用吹風機將熱風吹向熱敏

3、電阻，熱敏電阻rt溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏.,1.(多選)傳感器擔負著信息采集的任務，它可以 a.將力學量(如形變量)轉變成電學量 b.將熱學量轉變成電學量 c.將電學量轉變成光學量 d.將電學量轉變成力學量,答案,2.如圖所示，是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制成的傳感器，話筒的振動膜前面有薄薄的金屬涂層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬涂層和這個金屬板構成電容器的兩極.在兩極間加一電壓u，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，從而使聲音信號被話筒轉化為電信號，其中導致電容變化的原因是電容器兩板間的 a.距離變化 b.正對面積變化 c.電介質變化 d.電壓變化,答案,3.

4、有一些星級賓館的洗手間裝有自動干手機，洗手后將濕手靠近，機內的傳感器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機內噴出，將濕手烘干，手靠近干手機能使傳感器工作，是因為 a.改變濕度 b.改變溫度 c.改變磁場 d.改變電容,答案,4.全自動洗衣機設有多段式水位自動感應裝置，該水位自動感應裝置采用的傳感器是 a.溫度傳感器 b.壓力傳感器 c.生物傳感器 d.紅外線傳感器,答案,命題點一 溫度傳感器及其應用,2,熱敏電阻用半導體材料制成，按熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負溫度系數(shù)的熱敏電阻.正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大；負溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻

5、)隨溫度升高電阻減小.,如圖所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的iu關系曲線圖.,【例1】,(1)為了通過測量得到圖示的iu關系的完整曲線，在圖甲、乙兩個電路中應選擇的是圖_；簡要說明理由：_. (電源電動勢為9 v，內阻不計，滑動變阻器的阻值為0100 ),答案,解析,應選擇圖甲，原因是圖甲所示電路電壓可從0調到所需電壓，調節(jié)范圍較大.,甲,見解析,(2)在圖丙所示電路中，電源電壓恒為9 v，理想電流表讀數(shù)為70 ma，定值電阻r1250 .由熱敏電阻的iu關系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_v；電阻r2的阻值為_.,答案,解析,5.2,111.8,根據歐姆定律可

6、得,所以i2ii10.07 a0.036 a0.034 a. 由熱敏電阻的iu關系曲線可知， 當i0.034 a34 ma時，u5.2 v,(3)舉出一個可以應用熱敏電阻的例子：_ _.,熱敏溫度計(提出其他實,答案,例，只要合理均對),1.如圖所示是觀察電阻r的阻值隨溫度變化情況的示意圖，現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是 a.如果r為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯 b.如果r為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯 c.如果r為熱敏電阻(用半導體材料制作)，讀數(shù)變化非常明顯 d.如果r為熱敏電阻(用半導體材料制作)，讀數(shù)變化不明顯,答案,2.利用負溫度系數(shù)熱敏

7、電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來測量很小范圍內的溫度變化，反應快，而且精確度高. (1)如果將負溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變_(填“大”或“小”).,答案,解析,因為負溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時，電阻增大.故電路中電流會減小.,小,(2)上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度.如果刻度盤正中的溫度為20 (如圖甲所示)，則25 的刻度應在20 的刻度的_(填“左”或“右”)側.,答案,解析,由(1)的分析知，溫度越高，電流越大，25 的刻度應對應較

8、大電流，故在20 的刻度的右側.,右,(3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內檢測大棚內溫度變化，請用圖乙中的器材(可增加元器件)設計一個電路.,答案,解析,如圖所示.,見解析圖,命題點二 光電傳感器及其應用,3,光電傳感器是一種將光學量變化轉換為電學量變化的傳感器.光敏電阻一般由半導體材料制成，特點是光照越強，電阻越小.,(多選)如圖所示，r1、r2為定值電阻，l為小燈泡，r3為光敏電阻，當入射光強度增大時 a.電壓表的示數(shù)減小 b.r2中電流減小 c.小燈泡的功率增大 d.電路的路端電壓增大,【例2】,答案,解析,當入射光強度增大時，r3阻值減小，外電路電阻隨r3的減小而減小，r1兩端電壓因

9、干路電流的增大而增大，從而電壓表的示數(shù)增大，同時內電壓增大，故電路的路端電壓減小，a、d項均錯誤. 由路端電壓減小，而r1兩端電壓增大知，r2兩端電壓必減小，則r2中電流減小，故b項正確. 結合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，c項正確.,3.(多選)如圖所示電路中，電源電動勢為e，內阻為r，rt為負溫度系數(shù)熱敏電阻，rg為光敏電阻，閉合開關后，小燈泡l正常發(fā)光，由于環(huán)境改變(光照或溫度)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是 a.溫度不變，光照增強 b.溫度升高，光照不變 c.溫度降低，光照增強 d.溫度升高，光照減弱,答案,4.如圖所示，r3是光敏電阻(

10、光照增強時電阻變小)，當開關s閉合后，在沒有光照射時，a、b兩點等電勢，當用光照射電阻r3時，則 a.a點電勢高于b點電勢 b.a點電勢低于b點電勢 c.a點電勢等于b點電勢 d.a點電勢和b點電勢的大小無法比較,答案,命題點三 其他傳感器及其應用,4,如圖是一種測定油箱油量多少或變化多少的 裝置，其中電源電壓保持不變，r是滑動變阻器，它 的金屬滑片是金屬桿的一端，在裝置中使用了一只電 壓表(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數(shù)，可以了解 油量情況.將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當油量變化時，電壓表的示數(shù)變化有何不同？,【例3】,答案,解析,見解析,(1)把電壓表接在b、c之間，油量增

11、加時，r減小，電壓表的示數(shù)減??；油量減少時，r增大，電壓表的示數(shù)增大. (2)把電壓表接在c、d之間，油量增加時，r減小，電路中電流增大，則r兩端的電壓增大，電壓表的示數(shù)增大，同理，油量減少時，電壓表的示數(shù)減小.,5.電容式傳感器是用來將各種非電信號轉變?yōu)殡娦盘柕难b置，由于電容器的電容c取決于極板正對面積s、極板間距離d以及極板間的電介質這幾個因素，當某一物理量發(fā)生變化時就能引起上述某個因素的變化，從而又可推出另一物理量的值.如圖所示是四種電容式傳感器的示意圖，關于這四種傳感器的作用，下列說法不正確的是,a.甲圖的傳感器可以用來測量角度 b.乙圖的傳感器可以用來測量液面高度 c.丙圖的傳感器可

12、以用來測量壓力 d.丁圖的傳感器可以用來測量速度,答案,解析,甲圖角度變化能導致極板正對面積變化；乙圖液面高度變化能導致極板正對面積變化；丙圖f變化能導致極板間距變化；丁圖中位置變化導致電介質變化.所以，甲、乙、丙、丁分別是測角度、液面高度、壓力、位移的元件.故選d.,6.用遙控器調換電視機頻道的過程，實際上就是傳感器把光信號轉化為電信號的過程.下列屬于這類傳感器的是 a.紅外報警裝置 b.走廊照明燈的聲控開關 c.自動洗衣機中的壓力傳感裝置 d.電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器,答案,解析,遙控器是利用紅外線傳輸信號的，故a項正確.,a.當傳送帶上沒有物品擋住由a射向b的光信號時，光敏電阻的阻

13、值變 小，電壓表讀數(shù)變小 b.當傳送帶上沒有物品擋住由a射向b的光信號時，光敏電阻的阻值變 大，電壓表讀數(shù)變大 c.當傳送帶上有物品擋住由a射向b的光信號時，光敏電阻的阻值變小， 電壓表讀數(shù)變小 d.當傳送帶上有物品擋住由a射向b的光信號時，光敏電阻的阻值變大， 電壓表讀數(shù)變大,7.(多選)如圖所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中a是發(fā)光儀器，b是光敏電阻(光照增強時電阻變小)，下列說法中正確的是,答案,5,命題點四 傳感器與電學實驗的結合,現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 時，系統(tǒng)報警.提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內阻很小，流過的

14、電流超過ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9 )，直流電源(輸出電壓為u，內阻不計)，滑動變阻器r1(最大阻值為1 000 )，滑動變阻器r2(最大阻值為2 000 )，單刀雙擲開關一個，導線若干. 在室溫下對系統(tǒng)進行調節(jié).已知u約為18 v，ic約為10 ma；流過報警器的電流超過20 ma時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 時阻值為650.0 .,【例4】,(1)在圖中完成待調節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線.,答案,解析,見解析圖,先用電阻箱替代熱敏電阻，連接成閉合回路進行調試.電路圖連接如圖所示.,(2)電路中應選用滑動變阻器_(填“r1”或“r2”).

15、,答案,解析,r2,(3)按照下列步驟調節(jié)此報警系統(tǒng)： 電路接通前，需將電阻箱調到一固定的阻值，根據實驗要求，這一阻值為_；滑動變阻器的滑片位置于_(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_ _.,當熱敏電阻阻值小于650 時，報警器就會報警，用電阻箱替代熱敏電阻進行調節(jié)，應把電阻箱的阻值調到650 .若接通電源后電路中的電流過大(超過20 ma)，報警器就會損壞，電流越小越安全，所以為了電路安全，閉合開關前滑片應置于b端.,答案,解析,650.0,b,接通電源后，流過報警器的電流會超過,20 ma，報警器可能損壞,將開關向_(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至

16、_.,答案,解析,c,報警器開始報警,用電阻箱替代熱敏電阻進行調試，應將開關向c端閉合，開關閉合后要減小電路中的電阻直至報警器報警.,8.如圖所示裝置可以用來測量硬彈簧(即勁度系數(shù)較大的彈簧)的勁度系數(shù)k.電源的電動勢為e，內阻可忽略不計；滑動變阻器全長為l，重力加速度為g. 為理想電壓表.當木板上沒有放重物時，滑動變阻器的觸頭位于圖中a點，此時電壓表示數(shù)為零.在木板上放置質量為m的重物，滑動變阻器的觸頭隨木板一起下移.由電壓表的示數(shù)u及其他給定條件，可計算出彈簧的勁度系數(shù)k.,(1)寫出m、u與k之間所滿足的關系式.,答案,解析,設放置質量為m的重物時彈簧的壓縮量為x，則有mgkx又u 解得

17、m,(2)已知e1.50 v，l12.0 cm，g取9.80 m/s2.測量結果如下表：,答案,解析,在圖中給出的坐標紙上利用表中數(shù)據描出mu直線.,見解析圖,用描點法作圖，作出的圖象如圖所示.,mu直線的斜率為_kg/v(結果保留三位有效數(shù)字).,答案,解析,選取(0,0)、(0.90,9)兩點，,10.0,彈簧的勁度系數(shù)k_n/m(結果保留三位有效數(shù)字).,答案,解析,1.23103,9.為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng).光控開關可采用光敏電阻來控制，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弱，光越強照度越大，照度單位為lx).某光敏電阻rp在不同照度下的阻值如下表：,(1)根據表中數(shù)據，請在圖坐標系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點.,答案,解析,見解析,光敏電阻的阻值隨照度變化的曲線如圖甲所示，阻值隨照度變化的特點：光敏電阻的阻值隨照度的增大呈非線性減?。?(2)如