1、實驗十一傳感器的簡單應(yīng)用,知識點一傳感器的工作原理 知識回顧 1傳感器的定義：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并且能夠把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為 、 等電學(xué)量,電壓,電流,2傳感器的原理：傳感器感受到的通常是 量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度等，而它輸出的通常是 量，如電壓值、電流值、電荷量等，這些輸出信號非常微弱，通常經(jīng)過放大后再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動作傳感器的原理也可以用下圖表示：,非電學(xué),電學(xué),3傳感器的分類：目前對傳感器尚無一個統(tǒng)一的分類方法，常用的分類方法有兩個： (1)按 分類，如輸入量分別為溫度、壓力、位移、速度、加速度等非電學(xué)量時，相應(yīng)的傳感器稱為 傳

2、感器、 傳感器、傳感器、速度傳感器、加速度傳感器 (2)按傳感器的 分類，可分為 傳感器、 傳感器、電感傳感器、電壓傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器、光柵傳感器等,輸入量,溫度,壓力,位移,工作原理,電阻,電容,4傳感器的元件：制作傳感器時經(jīng)常使用的元件有光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻、霍爾元件等,基礎(chǔ)自測 關(guān)于傳感器的下列說法正確的是() A所有傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料做成的 B金屬材料也可以制成傳感器 C傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號 D以上說法均不正確,解析：半導(dǎo)體材料可以制成傳感器，其他材料也可以制成傳感器，如金屬氧化物氧化錳就可以制成溫度計，所以A錯，B正確；傳感器不但能

3、感知電壓的變化，還能感受力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，所以C錯 答案：B,知識點二傳感器的應(yīng)用 知識回顧 1力傳感器的應(yīng)用，如電子秤 2聲傳感器的應(yīng)用，如話筒 3溫度傳感器的應(yīng)用，如電熨斗、電飯鍋、測溫儀 4光傳感器的應(yīng)用，如火災(zāi)報警器、自動計數(shù)器、機(jī)械式鼠標(biāo),要點深化 1角度的電容式傳感器：原理是當(dāng)旋轉(zhuǎn)動片時，電容器兩個彼此絕緣的金屬板的正對面積發(fā)生變化，從而引起電容發(fā)生變化如圖1甲所示,圖1,2液體的電容式傳感器：原理是導(dǎo)電液體相當(dāng)于電容器的一個極板，當(dāng)液體的濃度發(fā)生變化時，相當(dāng)于兩個極板的正對面積發(fā)生變化，從而電容發(fā)生變化如圖乙所示 3位移的電容式傳感器：原理是當(dāng)電解質(zhì)板插入兩金

4、屬極板間不同的距離時，隨著電解質(zhì)板位移的變化，電容隨之變化如圖丙所示 4壓力的電容式傳感器：原理是當(dāng)作用在一個電極上的壓力改變時，金屬片的形狀發(fā)生變化，兩金屬板的距離發(fā)生變化，電容隨之改變?nèi)鐖D丁所示,基礎(chǔ)自測 如圖2所示，是一個測定液面高度的傳感器，在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放在導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容器的兩極把這兩極接入外電路，當(dāng)外電路中的電流變化使電容值增大時，則導(dǎo)電液體的深度h變化為() Ah增大 Bh減小 Ch不變 D無法確定,圖2,解析：由題意知，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩極，類似于平行板電容器的兩極當(dāng)液面高度發(fā)生變化時相當(dāng)于兩極正對面積發(fā)生變化，自然就會引起電容

5、的變化與平行板電容器類比可得，導(dǎo)電液體深度h增大時，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體正對面積增大，電容器的電容值變大 答案：A,知識點三傳感器的應(yīng)用實驗 知識回顧 1實驗?zāi)康模?1)體會傳感器在實際中的應(yīng)用 (2)了解斯密特觸發(fā)器的工作特點，能夠分析光控電路和溫控電路的工作原理,2實驗原理： (一)光控開關(guān)(如圖3所示)：白天，光強(qiáng)度較大，光敏電阻RG電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較低，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到一定程度時，RG的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個值(1.6 V)，輸出端Y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈

6、亮了)，這樣就達(dá)到了使路燈天明熄滅，天暗自動開啟的目的R1的阻值調(diào)高，路燈會在更暗時亮,圖4,圖3,(二)溫度報警器(如圖4所示)： 常溫下，調(diào)整R1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端A處于低電平，則輸出端Y處于高電平，無電流通過峰鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度升高時，熱敏電阻RT阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高，當(dāng)達(dá)到某一值(高電平)，其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報警聲R1的阻值越小，則報警溫度越高,3實驗器材： 斯密特觸發(fā)器、光敏電阻、發(fā)光二極管(LED)、可變電阻、定值電阻、熱敏電阻、蜂鳴器、集成電路實驗板,4實驗步驟 實驗(一)：光控開關(guān) (1)先把光敏電阻、發(fā)光二極管

7、等電路元件按電路圖接好(見原理圖5)； (2)調(diào)節(jié)可變電阻，使發(fā)光二極管(LED)不發(fā)光，然后減小照射到光敏電阻的光量，觀察發(fā)光二極管發(fā)光的情況； (3)調(diào)節(jié)可變電阻R1，探究使LED發(fā)光的規(guī)律,實驗(二)：溫度報警器 (1)先把熱敏電阻、蜂鳴器等電路元件按電路圖接好(參照圖5中光控開關(guān)的原理圖)； 圖5,(2)調(diào)節(jié)可變電阻，使蜂鳴器不發(fā)聲，然后用熱水使熱敏電阻的溫度上升，達(dá)一定溫度后就會發(fā)出警報聲； (3)調(diào)節(jié)可變電阻R1的阻值，觀查報警溫度的變化 5實驗注意點 由于集成電路允許通過的電流較小，要用白熾燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來啟閉工作電路,題型一力傳感器的應(yīng)用 例1壓敏電阻的阻值隨所受

8、壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計了判斷小車運(yùn)動狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖6(a)所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球小車向右做直線運(yùn)動的過程中，電流表示數(shù)如圖6(b)所示，下列判斷正確的是(),A從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動 B從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動 C從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動 圖6 D從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動,解析從It圖象可知，在t1到t2時間內(nèi)，電流逐漸增加，說明電阻逐漸減小，小球?qū)好綦娮璧淖饔昧χ饾u變大，小車做加速度增大的加速運(yùn)動，A、B不正確在t2到t3時間內(nèi)，電流較大且恒定，說明電阻較

9、小，且是一確定的值，小球?qū)好綦娮璧淖饔昧愣ǎ≤囎鰟蚣铀僦本€運(yùn)動，D正確 答案D,題后反思 注意不要把電流變化的規(guī)律與速度變化規(guī)律簡單對應(yīng)起來，認(rèn)為電流恒定則速度恒定，電流均勻變化則速度均勻變化其實，題干清楚說明了壓敏電阻的阻值變化的規(guī)律：壓敏電阻隨所受壓力F的增大而減小即如果壓敏電阻受到恒定的壓力，則電阻恒定，電流也恒定，這時物體做勻變速運(yùn)動；如果壓敏電阻受到變大的壓力，則電阻變小，電流變大，這時物體做變加速運(yùn)動可見，認(rèn)真讀題是很重要的,變式11如圖7所示，實線是某同學(xué)利用力傳感器懸掛一鉤碼在豎直方向運(yùn)動時，數(shù)據(jù)采集器記錄下的力傳感器中拉力的大小變化情況從圖中可知道該鉤碼的重力約為_N，

10、A、B、C、D四段圖線中鉤碼處于超重狀態(tài)的為_，處于失重狀態(tài)的為_ 圖7,解析：拉力大小不變時，力傳感器懸掛的鉤碼在豎直方向上做勻速運(yùn)動，拉力大小等于重力，約10 N；力傳感器的讀數(shù)大于重力時，鉤碼處于超重狀態(tài)，即A、D狀態(tài)；當(dāng)力傳感器的讀數(shù)小于重力時，鉤碼處于失重狀態(tài)，即B、C狀態(tài) 答案：10 NA、DB、C,題型二溫度傳感器 例2現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干如圖8所示，試設(shè)計一個溫控電路要求溫度低于某一溫度時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖說明工作過程,圖8,解析熱敏電阻R1與滑動變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓控制電路 答案

11、(1)電路圖如圖9所示 圖9,(2)工作過程：閉合S，當(dāng)溫度低于設(shè)計值時熱敏電阻阻值大，通過電磁繼電器電流不能使它工作，K接通電爐絲加熱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計值時，熱敏電阻阻值減小到某值，通過電磁繼電器的電流達(dá)到工作電流，K斷開，電爐絲斷電，停止供熱當(dāng)溫度低于設(shè)計值，又重復(fù)前述過程,題后反思 溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高低轉(zhuǎn)變成電信號，通常是利用物體的某一物理性質(zhì)隨溫度的變化而改變的特性制成的,變式21 電熱毯、電飯鍋等是人們常用的電熱式家用電器，它們一般具有加熱和保溫功能，其工作原理大致相同如圖10為某種電熱式電器的簡化電路圖，主要元件有電阻絲R1、R2和自動開關(guān)S. (1)

12、當(dāng)自動開關(guān)S閉合和斷開時，用電器分別處于什么狀態(tài)？ (2)用電器由照明電路供電(U220 V)，設(shè)加熱時用電器的電功率為400 W，保溫時用電器的電功率為40 W，則R1和R2分別為多大？,圖10,答案：(1)S閉合時為加熱狀態(tài)，S斷開為保溫狀態(tài) (2)R1121 R21089 ,題型三光傳感器 例3如圖11所示，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，D為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)光越強(qiáng))，且R與D距離不變，下列說法中正確的是(),圖11,A當(dāng)滑動觸頭向左移動時，L消耗的功率增大 B當(dāng)滑動觸頭向左移動時，L消耗的功率減小 C當(dāng)滑動觸頭向右移動時，L消耗的功率可能不變 D無論怎樣移動滑動觸

13、頭，L消耗的功率不變 解析電源電壓恒定，也就是說，并聯(lián)電路兩端的電壓恒定，當(dāng)滑動觸頭向左移動時，發(fā)光二極管發(fā)光變強(qiáng)，光敏電阻的電阻變小，所以電流變大，則L的功率變大 答案A,題后反思 常見的光傳感器有：光敏電阻、光電管、光電二極管、光電三極管等光敏電阻在光照射時電阻發(fā)生變化，其原因是做光敏電阻的材料硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好，隨著光能的增強(qiáng)，載流子也增多，導(dǎo)電性變好,變式31如圖12所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻此光電計數(shù)器的基本工作原理是() 圖12,A當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 B當(dāng)有光照射R1時，信號處理

14、系統(tǒng)獲得低電壓 C信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次 D信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次 答案：AC,1當(dāng)光照射到光敏電阻上時，光敏電阻的阻值_(填“變大”“不變”或“變小”)半導(dǎo)體熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨_變化而改變的特性制成的 解析：光敏電阻阻值在光照射下會突然減小，同樣，半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻率隨溫度的變化而改變 答案：變小溫度,22007年度諾貝爾物理學(xué)獎授予了法國和德國的兩位科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻效應(yīng)”基于巨磁電阻效應(yīng)開發(fā)的用于讀取硬盤數(shù)據(jù)的技術(shù)，被認(rèn)為是納米技術(shù)的第一次真正應(yīng)用在下列有關(guān)其他電阻應(yīng)用的說法中，錯誤的是() A熱敏電阻可應(yīng)用于溫度測控裝置中

15、 B光敏電阻是一種光電傳感器 C電阻絲可應(yīng)用于電熱設(shè)備中 D電阻在電路中主要起到通過直流、阻礙交流的作用,解析：溫度測控裝置是應(yīng)用熱敏電阻的阻值隨溫度的改變而改變的特性，光電傳感器是利用光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的改變而改變的特性電熱設(shè)備是利用電阻絲通電時發(fā)熱的特性，所以A、B、C說法都是正確的而電阻在電路中既能通過直流也能通過交流，所以D項的說法是錯誤的 答案：D,圖13 A和B和 C和 D和,答案：C,4如圖14所示是會議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報警器的結(jié)構(gòu)原理圖：罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板平時光電三極管接收不到LED發(fā)出的光呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，發(fā)生火災(zāi)時，下列說

16、法正確的是(),圖14,A進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報 B發(fā)生火災(zāi)時，光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報 C發(fā)生火災(zāi)時，進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報 D以上說法均不正確,解析：由報警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時煙霧進(jìn)入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線照在三極管上電阻變小，與傳感器相連的電路檢測出這種變化，發(fā)出警報，C對 答案：C,5(2009山東高考)為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)光控開關(guān)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

17、的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)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：,根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標(biāo)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：_.,如圖15所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路，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)時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖(不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計電路的影響),圖15,提供的器材如下： 光敏電阻Rp(符號，阻值見上表)； 直流電源E(電動勢3 V，內(nèi)阻不計)； 定值電阻：R110 k，R220 k，R340 k(限選其中之一并在下圖中

18、標(biāo)出)； 開關(guān)S及導(dǎo)線若干,答案：光敏電阻的阻值隨光照度變化的曲線如圖16所示 特點：光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小 圖16, 圖17,6(2009寧夏、遼寧高考)青島奧運(yùn)會帆船賽場采用風(fēng)力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提供電能用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關(guān)，實現(xiàn)自動控制,圖18,光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化，作為簡化模型，可以近似認(rèn)為，照射光較強(qiáng)(如白天)時電阻幾乎為0；照射光較弱(如黑天)時電阻接近于無窮大利用光敏電阻作為傳感器，借助電磁開關(guān)，可以實現(xiàn)路燈自動在白天關(guān)閉，黑天打開電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖18所示.1、2兩接線柱之間是勵磁線圈，3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接當(dāng)勵磁線圈中電流大于50 mA時，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點分離，3、4斷開；電流小于50 mA時