实验：传感器的简单使用实验：传感器的简单使用 一、实验目的一、实验目的 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。 二、实验原理二、实验原理 传感器是将它感受到的物理量传感器是将它感受到的物理量(如力、热、光、声等如力、热、光、声等)转换成便于测量的量转换成便于测量的量(一一般是电学量般是电学量)。其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定。其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号。例如，光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成规律转换成便于利用的信号。例如，光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号，热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号，转电信号，热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号，转换后的信号经过电子电路的处理就可以达到方便检测、自动控制、遥控等各种目换后的信号经过电子电路的处理就可以达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的了。的了。 三、实验器材三、实验器材 热敏电阻、光敏电阻、烧杯、温度计、热水、多用电表、小灯泡、学生电源、热敏电阻、光敏电阻、烧杯、温度计、热水、多用电表、小灯泡、学生电源、开关、滑动变阻器、铁架台、导线若干。开关、滑动变阻器、铁架台、导线若干。 1.研究热敏电阻的热敏特性。研究热敏电阻的热敏特性。 (1)按图所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理。按图所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理。 (2)把多用电表置于把多用电表置于“欧姆挡欧姆挡”，并选择适当的量程测出烧杯中，并选择适当的量程测出烧杯中 没有热水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；没有热水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数； (3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值； (4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻 值，并记录；值，并记录； (5)根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的特性。特性。 (6)在图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变在图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。化的图线。 (7)根据实验数据和根据实验数据和R-t 图线，得出结论：热敏电阻的阻值随图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。温度的升高而减小，随温度的降低而增大。 次数次数待测量待测量温度温度()电阻电阻( ) 四、实验步骤四、实验步骤 (1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，其中多用电表置于图所示电路连接好，其中多用电表置于“100”挡；挡； (2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；记录数据； (3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；逐渐变亮，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； (5)把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。 结论：结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强，电阻变小，光照减光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强，电阻变小，光照减弱，电阻变大。弱，电阻变大。 五、注意事项五、注意事项 1.烧杯中加水改变温度时，要等待温度稳定后再测热敏电阻的阻值。并同时烧杯中加水改变温度时，要等待温度稳定后再测热敏电阻的阻值。并同时读取温度值。读取温度值。 2.欧姆表每次换挡后都要重新调零。欧姆表每次换挡后都要重新调零。 3.调节灯泡亮度时，注意不要超过其额定电压。调节灯泡亮度时，注意不要超过其额定电压。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( ) 2.研究光敏电阻的光敏特性。研究光敏电阻的光敏特性。【例例1】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，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件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(照度照度 可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻。某光敏电阻Rp在不同在不同 照度下的阻值如下表：照度下的阻值如下表： (1)根据表中数据，请在给定的坐标系根据表中数据，请在给定的坐标系(图图)中描绘中描绘 出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度 变化的特点。变化的特点。 照度照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻电阻(k )754028232018考点考点1 1 光敏电阻的应用光敏电阻的应用 (2)如图所示，当如图所示，当1、2两端所加电压上升至两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启时，控制开关自动启 动照明系统，请利用下列器材设计动照明系统，请利用下列器材设计 一个简一个简 单电路，给单电路，给1、2两端提供电两端提供电 压，要求当天色渐暗照度降低至压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 (lx)时启动照明系统，在虚线框内完时启动照明系统，在虚线框内完 成电路原理图。成电路原理图。(不考虑控制开关对不考虑控制开关对 所设计电路的影响所设计电路的影响) 提供的器材如下：提供的器材如下： 光敏电阻光敏电阻RP(符号符号 ，阻值见上表，阻值见上表)； 直流电源直流电源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：R1=10 k ，R2=20 k ， R3=40 k (限选其中之一并在图中标出限选其中之一并在图中标出) 开关开关S及导线若干。及导线若干。 【解析解析】(1)光敏电阻随光照度变化的曲线如图甲所示，其特点是：光敏电阻随光照度变化的曲线如图甲所示，其特点是：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。 (2)当光照度降至当光照度降至1.0(lx)时，光敏电阻的阻值为时，光敏电阻的阻值为RP=20 k ，设计原，设计原理图如图乙所示。根据欧姆定律与串联电阻的分压理图如图乙所示。根据欧姆定律与串联电阻的分压 即即 R=10 k 即与即与RP串联的电阻应选串联的电阻应选R1=10 k 。甲甲乙乙 1北京奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提北京奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现供电能。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强以近似认为，照射光较强(如白天如白天)时电阻几乎为时电阻几乎为0；照射光较；照射光较弱弱(如黑天如黑天)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器，时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开。借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开。电磁开关的内部结构如图所示。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈，两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，和触点分离，3、4断开；电流小于断开；电流小于50 mA时，时，3、4接通。励磁线圈中允许通过的最接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为大电流为100 mA。(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。 光敏电阻光敏电阻R1，符号，符号 灯泡灯泡L，额定功率，额定功率40 W，额定电压，额定电压36 V，符号，符号 保护电阻保护电阻R2，符号，符号 电磁开关，符号电磁开关，符号 蓄电池蓄电池E，电压，电压36 V，内阻很小；开关，内阻很小；开关S，导线若干。，导线若干。 (2)回答下列问题：回答下列问题： 如果励磁线圈的电阻为如果励磁线圈的电阻为200 ，励磁线圈允许加的最大电压为，励磁线圈允许加的最大电压为 _V，保护电阻，保护电阻R2的阻值范围为的阻值范围为_ 。 在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合 铁片时，接线柱铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通。为此，电磁开关内部之间从断开变为接通。为此，电磁开关内部 结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。 答：答：_。 任意举出一个其它的电磁铁应用的例子。任意举出一个其它的电磁铁应用的例子。 答：答：_。 【解析解析】本题考查了光敏电阻在实际中的应本题考查了光敏电阻在实际中的应用，考查学生应用物理知识解决实际问题的能力。用，考查学生应用物理知识解决实际问题的能力。 (1)电路原理如图所示电路原理如图所示 (2)20 160520 把触点从弹簧片右侧把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，之间接通；不吸合时，3、4之间断开之间断开 电磁起重机电磁起重机考点考点2 2 热敏电阻的应用热敏电阻的应用【例例2】2010年高考新课标全国卷年高考新课标全国卷用对温度敏感的用对温度敏感的 半导体材料制成的某热敏电阻半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围，在给定温度范围 内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将RT 和两个适当的固定电阻和两个适当的固定电阻R1、R2连成图虚线框内所示连成图虚线框内所示 的电路，以使该电路的等效电阻的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随的阻值随RT所处所处 环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值 范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻的阻 值，测量电路如图所示。图中的电压表内阻很大。值，测量电路如图所示。图中的电压表内阻很大。RL的测量结果如表的测量结果如表 格所示。格所示。温度温度t/30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值阻值/ 54.351.548.344.741.437.934.7(2)为了检验为了检验RL与与t之间近似为线性关系，在如图所示的坐标之间近似为线性关系，在如图所示的坐标 纸上作纸上作RL-t关系图线。关系图线。回答下列问题：回答下列问题：(1)根据如图根据如图10-3-9所示的电路，在图所示的实物图上连线。所示的电路，在图所示的实物图上连线。(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图甲、乙所示。电流表的在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图甲、乙所示。电流表的 读数为读数为_，电压表的读数为，电压表的读数为_。此时等效电阻。此时等效电阻R1的阻值为的阻值为 _；热敏电阻所处环境的；热敏电阻所处环境的 温度约为温度约为_。甲甲乙乙 【解析解析】 (1)(2)如答案中的图。如答案中的图。 (3)由题图读得电流表读数为由题图读得电流表读数为115 mA，电压表读数为，电压表读数为5.0 V，则，则RL=U/I=50/0.115 43.5 。 由题表由题表1知，对应温度约为知，对应温度约为64.0(62.066.0之间某一值均可之间某一值均可)。(2)RL-t关系曲线如图所示关系曲线如图所示(3)115 mA 5.00 V 43.5 64.0 (6266 )【答案答案】(1)连线如图所示。连线如图所示。 2传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如如温度、光、声等温度、光、声等)转换成便于测量的量转换成便于测量的量(通常是电通常是电学量学量)，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻随温度变化的图线料制成的热敏电阻，热敏电阻随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻如图甲所示，图乙是由热敏电阻Rt作为传感器制作的简单自动报警器线路图。作为传感器制作的简单自动报警器线路图。(1)为了使温度过高时报警器铃响，为了使温度过高时报警器铃响，c应接在应接在_(填填“a”或或“b”)处。处。(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P点向点向_(填填“左左”或或“右右”)移动。移动。(3)如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使都不能使 报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路 实际不能工作的原因可能是实际不能工作的原因可能是_。 可能是乙图中左边电源端电压太小，可能是乙图中左边电源端电压太小，或者线圈的匝数太少，或者弹簧的劲度系数太大等或者线圈的匝数太少，或者弹簧的劲度系数太大等a左左