第三讲实验：传感器的简单使用第三讲实验：传感器的简单使用1了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性2能够简单使用传感器能够简单使用传感器一、实验原理一、实验原理1传传感感器器能能够够将将感感受受到到的的物物理理量量(力力、热热、光光、声声等等)转转换成换成 的电学量的电学量2传感器的组成传感器的组成传感器一般由传感器一般由 、 、 几部分组成几部分组成便于测量便于测量敏感元件敏感元件转换器件转换器件转换电路转换电路二、实验器材二、实验器材1研究热敏电阻特性器材：研究热敏电阻特性器材：热敏电阻、热敏电阻、 、烧烧杯、温度计、铁架台、冷水及热开水杯、温度计、铁架台、冷水及热开水2研研究究光光敏敏电电阻阻特特性性器器材材：光光敏敏电电阻阻、小小盒盒子子、小小灯灯泡泡(或门铃或门铃)、学生电源、继电器、学生电源、继电器、 、多多用用电电表表、开关、导线等开关、导线等 多用电表多用电表滑动变阻器滑动变阻器一、研究热敏电阻的热敏特性一、研究热敏电阻的热敏特性1实验步骤实验步骤(1)按按如如图图所所示示连连接接好好电电路路，将将热敏电阻绝缘处理热敏电阻绝缘处理(2)把把多多用用电电表表置置于于“欧欧姆姆”挡挡，并并选选择择适适当当的的量量程程测测出出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数(3)向向烧烧杯杯中中注注入入少少量量的的冷冷水水，使使热热敏敏电电阻阻浸浸没没在在冷冷水水中中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值(4)将将热热水水分分几几次次注注入入烧烧杯杯中中，测测出出不不同同温温度度下下热热敏敏电电阻阻的阻值，并记录的阻值，并记录2数据处理数据处理(1)根根据据记记录录数数据据，把把测测量量到到的的温温度度、电电阻阻值值填填入入表表中中，分析热敏电阻的特性分析热敏电阻的特性.次数待次数待测量测量温度温度()电阻电阻()(2)在在如如图图坐坐标标系系中中，粗粗略略画画出出热热敏敏电电阻阻的的阻阻值值随随温温度度变变化的图线化的图线(3)根根据据实实验验数数据据和和Rt图图线线，得得出出结结论论：热热敏敏电电阻阻的的阻阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大友情提示：友情提示：做实验时，加开水后要等一会儿再测量其阻做实验时，加开水后要等一会儿再测量其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温. 某某实实验验小小组组探探究究一一种种热热敏敏电电阻阻的的温温度度特特性性，现现有有器器材材：直直流流恒恒流流电电源源(在在正正常常工工作作状状态态下下输输出出的的电电流流恒恒定定)、电电压压表表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等(1)若若用用上上述述器器材材测测量量热热敏敏电电阻阻的的阻阻值值随随温温度度变变化化的的特特性性，请你在图甲所示的实物图上连线请你在图甲所示的实物图上连线甲乙甲乙(2)实验的主要步骤：实验的主要步骤：正正确确连连接接电电路路，在在保保温温容容器器中中注注入入适适量量冷冷水水，接接通通电电源，调节并记录电源输出的电流值源，调节并记录电源输出的电流值在在保保温温容容器器中中添添加加少少量量热热水水，待待温温度度稳稳定定后后，闭闭合合开开关，关，_、_，断开开关，断开开关重复第重复第步操作若干次，测得多组数据步操作若干次，测得多组数据(3)实实验验小小组组算算得得该该热热敏敏电电阻阻在在不不同同温温度度下下的的阻阻值值，并并据据此此绘绘出出图图乙乙所所示示的的Rt关关系系图图线线，请请根根据据图图线线写写出出该该热热敏敏电电阻阻的的Rt关关系系式式：R_t()(保保留留3位位有有效数字效数字)答案：答案：(1)如图所示如图所示(2)读取温度计示数读取电压表示数读取温度计示数读取电压表示数(3)1000.400二、研究光敏电阻的光敏特性二、研究光敏电阻的光敏特性1实验步骤实验步骤(1)将将光光敏敏电电阻阻、多多用用电电表表、灯灯泡泡、滑滑动动变变阻阻器器按按如如图图所所示电路连接好，其中多用电表置于示电路连接好，其中多用电表置于“100”挡挡(2)先先测测出出在在室室内内自自然然光光的的照照射射下下光光敏敏电电阻阻的的阻阻值值，并并记记录数据录数据(3)打打开开电电源源，让让小小灯灯泡泡发发光光，调调节节小小灯灯泡泡的的亮亮度度使使之之逐逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录(4)用手掌用手掌(或黑纸或黑纸)遮光时电阻值又是多少，并记录遮光时电阻值又是多少，并记录2数据处理数据处理把把记记录录的的结结果果填填入入下下表表中中，根根据据记记录录数数据据分分析析光光敏敏电电阻阻的特性的特性.结结论论：光光敏敏电电阻阻的的阻阻值值被被光光照照射射时时发发生生变变化化，光光照照增增强强电阻变小，光照减弱电阻变大电阻变小，光照减弱电阻变大光照强度光照强度弱弱中中强强无光照射无光照射阻值阻值()友情提示：友情提示：( (1) )光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少电阻上的光的多少.( (2) )多用电表每次换挡后都要重新调零多用电表每次换挡后都要重新调零. 为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值明系统光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为越强照度越大，照度单位为lx)某光敏电阻某光敏电阻RP在不同照度下在不同照度下的阻值如下表：的阻值如下表：照度照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻电阻(k)754028232018(1)根据表中数据，请在图甲给定的坐标系中描绘出阻值根据表中数据，请在图甲给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点图甲图甲(2)如图乙所示，当如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至两端所加电压上升至2 V时，控时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路给路给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图提供的器材如下：直流电源提供的器材如下：直流电源E(电动势电动势3 V，内阻不计，内阻不计)；定值电阻：定值电阻：R110 k，R220 k，R340 k(限选其中之限选其中之一并在图中标出一并在图中标出)；开关；开关S及导线若干及导线若干图乙图乙【规范解答】【规范解答】(1)根据图表中的数据，在坐标纸上描点连根据图表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如图所示的变化曲线线，得到如图所示的变化曲线阻值随照度变化的特点：光阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小非线性减小 .(2)因天色渐暗照度降低至因天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，此时光时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为敏电阻阻值为20 k，两端电压，两端电压为为2 V，电源电动势为，电源电动势为3 V，故应，故应加上一个分压电阻，分压电阻阻加上一个分压电阻，分压电阻阻值为值为10 k，即选用，即选用R1；此电路；此电路的原理图如图所示的原理图如图所示答案：答案：(1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线见规范解答光敏电阻的阻值随光照变化的曲线见规范解答特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小(2)电路原理图见规范解答电路原理图见规范解答三、几种常见传感器的应用三、几种常见传感器的应用1力传感器的应用力传感器的应用电子秤电子秤(1)作用：称量物体重量作用：称量物体重量(质量质量)(2)敏敏感感元元件件：应应变变片片应应变变片片能能够够把把物物体体形形变变这这个个力力学学量转换为电压这个电学量量转换为电压这个电学量2声传感器的应用声传感器的应用话筒话筒(1)话筒的作用：把声信号转换为电信号话筒的作用：把声信号转换为电信号(2)话话筒筒分分类类：电电容容式式话话筒筒；驻驻极极体体话话筒筒；动动圈圈式式话筒话筒3温度传感器温度传感器(1)敏感元件：热敏电阻和金属热电阻敏感元件：热敏电阻和金属热电阻(2)应用：电熨斗、电饭锅、测温仪、温度报警器应用：电熨斗、电饭锅、测温仪、温度报警器4光传感器光传感器(1)敏敏感感元元件件：光光敏敏电电阻阻、光光电电管管、光光电电二二极极管管、光光电电三三极管等极管等(2)应用：鼠标、火灾报警器、光控开关应用：鼠标、火灾报警器、光控开关 电饭煲的工作原理如图所示可分为两部分，即控制电饭煲的工作原理如图所示可分为两部分，即控制部分：由部分：由S1、S2、R1和黄灯组成；工作和黄灯组成；工作(加热加热)部分：由发热部分：由发热电阻电阻R3、R2和红灯组成，和红灯组成，S1是一个控温开关，手动闭合，当是一个控温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点此开关的温度达到居里点(103)时，自动断开，且不能自动时，自动断开，且不能自动复位复位(闭合闭合)，S2是一个双金属片自动开关是一个双金属片自动开关.当温度达到当温度达到7080时，自动断开，低于时，自动断开，低于70时，自时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起起_作用，作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低是发热电阻，由于煮饭前温度低于于70，所以，所以S2是是_(填填“断开的断开的”或或“闭合的闭合的”)接通电源并按下接通电源并按下S1后，黄灯熄而红灯亮，后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温度达发热，当温度达到到7080时，时，S2断开，当温度达到断开，当温度达到103时饭熟，时饭熟，S1断开，断开，当温度降到当温度降到70以下时，以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知以上描述可知R2_R3(填填“”“”“”)，若用，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象才会断开，试解释此现象【规规范范解解答答】R1、R2起起的的作作用用是是限限流流，防防止止指指示示灯灯(氖氖泡泡)因因电电流流过过大大而而烧烧毁毁，S2是是自自动动控控制制温温度度开开关关，当当温温度度低低于于70时时自自动动闭闭合合，当当温温度度高高于于7080时时又又自自动动断断开开，使使电电饭饭煲煲处处于于保保温温状状态态，由由于于R3的的功功率率较较大大，因因此此R2R3.由由于于开开关关S1必必须须当当温温度度达达到到103时时自自动动断断开开，而而水水的的沸沸点点只只有有100，因此用电饭煲烧水时，直到被烧干后，因此用电饭煲烧水时，直到被烧干后，S1才会断开才会断开答案：答案：限流闭合的限流闭合的 热热敏敏电电阻阻是是传传感感器器电电路路中中常常用用的的电电子子元元件件现现用用伏伏安安法法研研究究热热敏敏电电阻阻在在不不同同温温度度下下的的伏伏安安特特性性曲曲线线，要要求求伏伏安安特特性性曲曲线线尽尽可可能能完完整整已已知知常常温温下下待待测测热热敏敏电电阻阻的的阻阻值值为为4 5 ，热热敏敏电电阻阻和和温温度度计计插插入入带带塞塞的的保保温温杯杯中中，杯杯内内有有一一定定量量的冷水，其他备用的仪表和器材有：的冷水，其他备用的仪表和器材有：A电流表电流表A1，量程，量程0.6 A，内阻约，内阻约1 B电流表电流表A2，量程，量程3 A，内阻约，内阻约2 C电压表电压表V1，量程，量程15 V，内阻约，内阻约15 kD电压表电压表V2，量程，量程3 V，内阻约，内阻约5 kE滑动变阻器滑动变阻器R1(0100 )F滑动变阻器滑动变阻器R2(020 )G电源电源E(3 V，内阻可忽略，内阻可忽略)H盛有热水的热水杯盛有热水的热水杯(图中未画出图中未画出)I开关、导线若干开关、导线若干(1)实实 验验 中中 应应 选选 用用 的的 电电 流流 表表 为为 _(填填 “A1”或或“A2”)，应应选选用用的的电电压压表表为为_(填填“V1”或或“V2”)，应选用的滑动变阻器为应选用的滑动变阻器为_(填填“R1”或或“R2”)(2)在在方方框框中中画画出出实实验验电电路路原原理理图图，要要求求测测量量误误差差尽尽可可能能小小(3)根据电路原理图，在实物图上连线根据电路原理图，在实物图上连线解析：解析：(1)由于电源电动势为由于电源电动势为3 V，则电压表应选，则电压表应选V2，常，常温下待测热敏电阻的阻值为温下待测热敏电阻的阻值为4 5 ，再加上电流表内阻，再加上电流表内阻，由闭合电路欧姆定律可知电路中最大电流小于由闭合电路欧姆定律可知电路中最大电流小于0.6 A，故电流，故电流表应选表应选A1；本实验研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲；本实验研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求伏安特性曲线尽可能完整，故滑动变阻器应采用分线，要求伏安特性曲线尽可能完整，故滑动变阻器应采用分压接法，滑动变阻器应选压接法，滑动变阻器应选R2.(2)设计电路图时，由于电流表内阻与热敏电阻阻值相差设计电路图时，由于电流表内阻与热敏电阻阻值相差不大，故电流表采用外接法，如图所示不大，故电流表采用外接法，如图所示答案：答案：(1)A1V2R2(2)见解析图见解析图(3)如图所示如图所示