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第3节 实验:传感器的简单应用传传感器是指这样这样 一类类元件:它能够够感受诸诸如力、温度 、光、声、化学成分等,并能将它们们按照一定的规规律 转换为转换为 等,或转换为电转换为电 路的 二、制作传感器需要的元件1光敏电电阻:光敏电电阻在被光照射时电时电 阻发发生变变化 ,光照增强电电 ,光照减弱电电阻 电压电压 、电电流通断减小增大一、传感器增大 增强 减小 磁感应应强度 电压电压M、N 材料 三、传感器的分类序号分类类方法传传感器的种类类说说明1按输输入量 分类类位移传传感器、速度 传传感器、温度传传感 器、压压力传传感器等传传感器以被测测物理 量命名2按工作原 理分类类应变应变 式、电电容式 、电电感式、热电热电 式、电压电压 式传传感器以工作原理 命名3按输输出信 号分类类模拟拟式传传感器 数字式传传感器输输出分别为别为 模 拟拟信号、数字信号四、传感器应用的一般模式例1 如图图所示为为大型电电子地磅电电路图图,电电源电动势为电动势为E,内阻不计计不称物体时时,滑片P在A端,滑动变动变 阻器接入电电路的有效电电阻最大,电电流最小;称重物时时,在压压力作用下使滑片P下滑,滑动变动变 阻器有效电电阻变变小,电电流变变大,这样这样 把与电电流对应对应 的 重量值值刻在刻度盘盘上,就可以读读出被称物体的重量了 若滑动变动变 阻器上A、B间间距离为为L,最大阻值值等于定值电值电 阻R0的阻值值,已知两弹弹簧的总弹总弹 力与形变变量成正比,比 例系数为为k,则则所称重物的重量G与电电流大小I的关系为为()题型一:力电传感器的应用科目三考试 http:/km3.jsyst.cn 科目3实际道路考 试技巧、视频教程科目四考试 http:/km4.jsyst.cn 科目四模拟考试题 C1 科目四仿真考试【思路点拨】找出弹簧的压缩量与滑动变阻器阻值之 间的关系是解题的关键【答案】A【方法与知识感悟】力电传感器电路中的关键元件 是滑动变阻器、电容器、弹簧等,解答这类问题的 关键是:滑片移动的距离、电容器的板间距离与力 学物理量的联系力电传感器的力电联系图:例2 一般的电电熨斗用合金丝丝作发热发热元件,合金丝电丝电 阻随温度T变变化的关系如图图中实线实线 所示,由于环环境温度以及熨烫烫的衣物厚度、干湿不同,熨斗的散热热功率不 同,因而熨斗的温度可能会在较较大范围围内波动动,易损损坏 衣物,有一种用主要成分为钛为钛 酸钡钡,被称为为“PTC”的特 殊材料作发热发热 元件的电电熨斗PTC材料的电电阻随温度变变化 的关系如图图中实线实线 所示根据图线图线 分析可知( )A处处于冷态态的PTC电电熨斗比普通电电熨斗升温快BPTC电电熨斗能自动动控制温度,温度稳稳定在T0T6之间间CPTC电电熨斗能自动动控制温度,温度稳稳定在T6T7之间间DPTC电电熨斗不能自动动控制温度题型二:对热敏电阻、光敏电阻的特性理解和应用【答案】AC【方法与知识感悟】涉及到热敏电阻、光敏电阻或 金属热电阻时,要根据其电阻阻值随温度或光照条 件发生变化时阻值如何变化的特点,结合欧姆定律 和电功率的计算式,进行分析判断例3 光敏电电阻在各种自动动化装置中有很多应应用,比 如用于街道路灯的自动动控制图为图为 模拟电拟电 路,其中A 为为光敏电电阻,B为电为电 磁继电继电 器,C为为照明电电路,D为为 路灯,请连请连 成正确的电电路,达到日出灯熄、日落灯 亮的效果题型三:继电器控制电路的设计【解析】本题考查光敏电阻的特性及在传感器中的应用 ,同时考查了电路的连接在能力方面重点考查学生的 实验与探究能力当天亮时,光线照射光敏电阻A其阻 值迅速减小,控制回路电流增大,继电器B工作,吸住 衔铁使触点断开,路灯熄灭当夜晚降临,光线变暗, 光敏电阻A的阻值增大,控制回路电流减小,弹簧将衔 铁拉起,触点接通,路灯点亮【方法与知识感悟】解答继电器控制电路的设计问 题,应弄清以下两个问题:(1)弄清两个电路:控制电路(直流电源、光敏电阻 或热敏电阻、继电器构成的闭合回路)、主电路(继 电器吸引衔铁控制主电路的开关)(2)弄清控制关系:光敏电阻(或热敏电阻)控制继电 器中的电流,继电器电流增大吸引衔铁控制主电路 的开关(断开或闭合)*1如图图所示,R1、R2为为定值电值电 阻,L为为小灯泡,R3 为为光敏电电阻,当照射光强度增大时时( )A电压电压 表的示数增大BR2中电电流减小C小灯泡的功率增大D电电路的路端电压电压 增大ABC【点拨思路】光照射时,光敏电阻R3阻值变化,根据其阻 值的变化规律再来分析判断其他量的变化【解析】本题考查敏感元件的特性及电路知识当光 强度增大时,R3阻值减小,外电路电阻随R3的减小而 减小,R1两端电压因干路电流增大而增大,同时内电 压增大,故电路路端电压减小,而电压表的示数增大 ,A项正确,D项错误;由路端电压减小,而R1两端 电压增大知,R2两端电压必减小,则R2中电流减小, 故B项正确;结合干路电流增大知流过小灯泡的电流 必增大,则小灯泡的功率增大,C项正确2传传感器担负负着信息的采集任务务,在自动动控制中发发 挥挥着重要作用,传传感器能够够将感受到的物理量(如温度 、光、声等)转换转换 成便于测测量的量(通常是电电学量),例 如热热敏传传感器,主要是应应用了半导导体材料制成的热热敏 电电阻,热热敏电电阻的阻值值随温度变变化的图线图线 如图图甲所 示,图图乙是把热热敏电电阻Rt作为传为传 感器制成的简单简单 自动动 报报警器线线路图图(1)为为了使温度过过高时报时报 警器铃铃响,c应应接在 (填 a或b)处处(2)若使启动报动报 警的温度提高些,应应将滑动变动变 阻器滑 片P向 (填左或右)移动动(3)如果在调试报调试报 警器达最低报报警温度时时,无论论如何 调节调节 滑动变动变 阻器滑片P都不能使报报警器工作,且电电路 连连接完好,各电电路元件都能处处于工作状态态,则则造成 工作电电路实际实际 不能工作的原因可能是 a左乙图图中左边电边电 源端电压太小,或者线线圈的匝数太少,或者弹弹簧的劲劲度系数太大等【解析】从所给的图线可知,热敏电阻随温度的升高 而减小,从而使电路中的电流变大,要求温度过高时 报警器铃响,则应接在a处时电路才会接通;滑动变阻器滑片P点向左移动时,会使启动报警的温度 提高;若电路连接完好且各元件都处于工作状态而电路又不 能工作,说明电路中电流过小,磁铁的磁性太弱,以 致不能控制右侧的电路接通,原因有多种情况,可能 电源端电压过小,或线圈的匝数过少,或弹簧的劲度 系数过大等3为为了节节能和环环保,一些公共场场所使用光控开关 控制照明系统统光控开关可采用光敏电电阻来控制, 光敏电电阻是阻值值随着光的照度而发发生变变化的元件( 照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单单 位为为lx)某光敏电电阻Rp在不同照度下的阻值值如下 表:特点:光敏电电阻的阻值值随光照强度的增大而非线线性减小 (1)根据表中数据,请请在给给定的坐标标系中描绘绘出阻值值 随照度变变化的曲线线,并说说明阻值值随照度变变化的特点 照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电电阻(k)754028232018光敏电电阻Rp;电电源E(电动势电动势 3 V,内阻不计计);定值电值电 阻:R110 k,R220 k,R340 k(限选选 其中之一并在图图中标标出);开关S及导线导线 若干(2)如图图所示,当1、2两端所加电压电压 上升至2 V时时 ,控制开关自动动启动动照明系统统,请请利用下列器材设计设计 一个简单电简单电 路给给1、2两端提供电压电压 ,要求当天色渐渐 暗照度降低至1.0(lx)时时启动动照明系统统,在虚线线框内完成 电电路原理图图(不考虑虑控制开关对对所设计电设计电 路的影响) 提供的器材如下:【解析】控制开关自动启动照明系统如上图所示,当天色 渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统,即此时光敏电阻 阻值为20 k,两端电压为2 V,电源电动势为3 V,所以应 加上一个分压电阻,分压电阻阻值为10 k,即选用R1.4温度传传感器广泛应应用于室内空调调、电电冰箱和微波 炉等家电产电产 品中,它是利用热热敏电电阻的阻值值随温度的 变变化而变变化的特性工作的如图图(甲)中,电电源的电动电动 势势E9.0 V,内电电阻可忽略不计计;G为为灵敏电电流表, 内阻Rg保持不变变;R为热为热 敏电电阻,其电电阻值值与温度的 变变化关系如图图(乙)的Rt图线图线 所示,闭闭合开关,当R 的温度等于20 时时,电电流表示数I12 mA;当电电流表 的示数I23.6 mA时时,热热敏电电阻R的温度是多少?1关于传传感器的下列说说法正确的是( ) A所有传传感器的材料都是由半导导体材料做成的B金属材料也可以制成传传感器C传传感器主要是通过过感知电压电压 的变变化来传递传递 信号的D以上说说法都不正确B【解析】半导体材料可以制成传感器,其他材料也可以制 成传感器,如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计,所以 A错,B正确,传感器不但能感知电压的变化,还能感受 力、温度、光、声、化学成分等非电学量,所以C错【巩固基础】2如图图所示,是一个测测定液面高度的传传感器,在导线导线 芯的外面涂上一层绝缘层绝缘 物质质,放在导电导电液体中,导线导线 芯和导电导电 液体构成电电容器的两极,把这这两极接入外电电路,当外电电路 中的电电流变变化说说明电电容值值增大时时,则导电则导电 液体的 深度h变变化为为( )Ah增大 Bh减小Ch不变变 D无法确定A【解析】电容器的电容增大时,电容器两极板的正对面 积增大,故h增大,A选项正确*3家用电热灭电热灭 蚊器中电热电热 部分的主要部件是PTC元件,PTC元件是由钛钛酸钡钡等半导导体材料制成的电电阻器,其电电阻率与温度的关系如图图所示,由于这这种特性,PTC元件具有发热发热 、控温两重功能 ,对对此以下说说法中正确的是( )A通电电后其功率先增大后减小B通电电后其功率先减小后增大C当其产产生的热热量与散发发的热热量相等时时,温度保 持在t1到t2之间间的某一值值不变变D当其产产生的热热量与散发发的热热量相等时时,温度保 持在t1或t2不变变AC【解析】根据PTC元件的电阻率随温度变化的曲线可 知:在常温下,它的电阻是相当小的,通入电流以后 ,随着温度的升高,其电阻率先变小后增大,那么它 的功率先变大,后变小温度保持在t1至t2的某一值不 变,这时候电路处于稳定状态,如果温度再升高,电 阻率变大,导致电流变小,温度就会降下来;如果温 度降低,电阻率减小,导致电流变大,温度就会升上 去,所以本题正确答案为AC.4如图图所示,电电源两端的电压电压 恒定,L为为小灯泡,R为为光敏电电阻,D为发为发 光二极管(电电流越大,发发光越强),且R与D距离不变变,下列说说法中正确的是( )A当滑动动触头头向左移动时动时 ,L消耗的功率增大B当滑动动触头头向左移动时动时 ,L消耗的功率减小C当滑动动触头头向右移动时动时 ,L消耗的功率可能不变变D无论论怎样样移动动滑动动触头头,L消耗的功率都不变变A【解析】电源电压恒定,也就是说,并联电路两端的电压 恒定,当滑动触头向左移动时,发光二极管发光变强,光 敏电阻的电阻变小,所以电流变大,则L的功率变大5如图图所示,M是一小型理想变压变压 器,接线线柱a、b接 在电压电压u311sin314t(V)的正弦交流电电源上,变压变压 器 右
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