1、实验十四传感器的简单应用实验知识自主回顾SHI YAN ZHI SHI ZI ZHU HUI GU一、实验目的1知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻的作用。2能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特征。3了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案。二、实验原理传感器是将它所感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件。例如：热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号；光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号，转换后的信号经过相应的仪器进行处理，就可达到自动控制等各种目的。三、实验器材铁架台，温度计，多用电表，烧杯，开水(可装在热水瓶内)，冷水
2、，热敏电阻，光敏电阻，导线，纸带，光电计数器，钩码。四、实验步骤1热敏电阻特性实验：如图所示。在烧杯内倒入少量冷水，放在铁架台上，将悬挂在铁架台上的温度计放入水中。将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，将两支表笔短接，调零后再将两支表笔分别与热敏电阻的两个输出端相连。将热敏电阻放入烧杯内的水中，在欧姆挡上选择合适的倍率，再重新调零，把两支表笔接到热敏电阻两输出端，观察表盘指示的热敏电阻的阻值，填入表格内。实验记录：实验次数123456温度/电阻/分几次向烧杯内倒入开水，观察不同温度时热敏电阻的阻值，记录在表格内。通过比较这些测得的数据，看看热敏电阻的阻值是怎样随温度变化的。将多用电表的选择开关置
3、于交流电压最高挡或“OFF”挡，拆开装置，将器材按原样整理好。2光敏电阻特性实验：如图所示。将多用电表的选择开关置于欧姆挡，选择合适的倍率，将两支表笔短接后调零。把多用电表的两支表笔接到光敏电阻的两个输出端，观察表盘指示的光敏电阻的阻值，记录下来。将手张开放在光敏电阻的上方，挡住照到光敏电阻上的部分光线，观察表盘所示光敏电阻阻值的变化，记录下来。上下移动手掌，观察光敏电阻阻值的变化。将多用电表的选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡，拆开装置，将器材按原样整理好。3光电计数的基本原理将钩码放在纸带上，如图所示。拖动纸带向前运动，观察光电计数器上的数字变化。4简单自动控制实验请同学们自己设计一
4、个由热敏电阻或光敏电阻作为传感器的简单自动控制实验。五、注意事项1在做热敏实验时，加开水后要等一会再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。2可用图像描出电阻随温度的变化图像来分析其规律。3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电阻上的光的多少。4光电计数器是比较精密的仪器，使用过程中注意轻拿轻放。核心考点重点突破HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO考点一用温度传感器设计控制电路例1现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻
5、很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 )，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 )，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 )，单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60时阻值为650.0 。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。(2)电路中应选用滑动变阻器R2(选填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步骤调节此报警系统：电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为6
6、50.0 ；滑动变阻器的滑片应置于b(选填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏。将开关向 c (选填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警。(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。解析(1)电路图连接如图。(2)报警器开始报警时，对整个回路有 UIc(R滑R热)代入数据可得R滑1 150.0 ，因此滑动变阻器应选择R2。(3)在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 。滑动变阻器在电路中为限流
7、接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I A27.7 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏。开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。考点二用光传感器设计控制电路例2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(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：照度/lx0.20.40. 60.81.01.2电阻/k754028232018(1)根据表中数据，请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随
8、照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V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路。给1、2两端提供电压，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。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻Rp(符号，阻值见图表)；直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：R1 10 k，R220 k，R3 40 k(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。答案(1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图甲所示，光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线件减小(2)电路原理图见图乙解析
9、(1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如答案中所示的变化曲线。阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。(2)因天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，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，故应串联一个分压电阻，分压电阻阻值为10 k，即选用R1；此电路的原理图见答案。考点三实验拓展应用除了热敏电阻和光敏电阻外，还有一些常用的传感器元件如下：1压敏电阻：将压力转换为电学量(电阻)。2气敏电阻：将气体浓度转换电学量(电阻)。3光电管：将所收到的光信号转换成电信号。4电容器：将位移、角度、压力转换为电学量(电容)。5霍尔元件：将磁感应
10、强度转换为电学量(电压)。6弹簧：将弹力、加速度转换为电学量(电流)。例3传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示体重大小的仪表(实质是理想电流表)组成。压力传感器表面能承受的最大压强为1107 Pa，且已知压力传感器的电阻R与所受压力的关系如表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，g取10 m/s2。请作答：压力 F/N02505007501
11、00012501500电阻R/300270240210180150120(1)该秤零点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘1.6102 A处。(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，这个人的质量是50kg。解析(1)由题表格知，踏板空载时，压力传感器的电阻R300 ，此时电流表中电流I A1.6102 A。(2)当电流I20 mA2102 A时，压力传感器的电阻R 240 ，由表格可知，这个人受到的重力为500 N，此人质量为50 kg。变式训练(多选)霍尔传感器测量转速的原理图如图所示，传感器固定在圆盘附近，圆盘上固定4个小磁体。在a、b间输入方向由a到b的恒定电
12、流，圆盘转动时，每当磁体经过霍尔元件，传感器c、d端输出一个脉冲电压，检测单位时间内的脉冲数可得到圆盘的转速。关于该测速传感器，下列说法中正确的是(CD)A在图示位置时刻d点电势低于c点电势B圆盘转动越快，输出脉动电压峰值越高Cc、d端输出脉冲电压的频率是圆盘转速的4倍D增加小磁体个数，传感器转速测量更准确解析霍尔元件有电子或空穴导电，根据左手定则，载流子向上表面偏转，即c点，所以c点电势低于d点，故A 项错误；最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，设霍尔元件的长宽厚分别为a、b、c，有qqvB，所以UBbv，输出脉冲电压的峰值与圆盘转动快慢无关，故B项错误；当小磁体靠近霍尔元件时，就是
13、会产生一个脉冲电压，因此c、d端输出脉冲电压的频率是圆盘转动频率的4倍，即为转速的4倍，故C项正确；当增加小磁体个数，传感器c、d端输出一个脉冲电压频率变高，那么传感器转速测量更准确，故D项正确。2年高考1年模拟2 NIAN GAO KAO 1 NIAN MO NI1(2020上海黄浦区调研)如图所示，用力传感器A、B共同支起一个质量为m的光滑球。其中A对球的作用力方向与水平方向间夹角始终为30，B对球的作用力方向可调，为使球保持平衡，传感器B对球作用力的作用点所在范围为 (在区域、中选填)，作用力的最小值为mg。(重力加速度为g)解析以球为研究对象，受重力mg和力传感器A对它的支持力FA及力
14、传感器B对它的作用力FB，如图所示，为使球保持平衡，根据平行四边形定则可知，传感器B对球作用力的作用点所在范围应在区域内。当传感器B对球的作用力FB与传感器A对它的支持力FA垂直的时候，传感器B对球的作用力最小，最小值为FBgcos 30mg。2(2020北京模拟)如图甲为某热敏电阻阻值随温度变化的图像，其中温度在30 100 之间变化。某同学用该热敏电阻RT制作测温装置。为实现测温，他根据伏安法测量热敏电阻阻值，然后根据图像读出温度。为测量北京冬季室外温度，可供使用的器材有：电压表V1(量程为03 V，内阻约为5 k)；电压表V2(量程为05 V，内阻约为10 k)；电流表A1(量程为010
15、 mA，内阻约为100 )；电流表A2(量程为0200 A，内阻约为1 000 )；电源(电动势为3 V，内阻不计)；滑动变阻器R(最大阻值为20 )；开关S；导线若干。甲(1)综合以上信息，请你帮助该实验小组设计出科学合理的测量热敏电阻阻值的电路图，其中电压表应选用V1(填“V1”或“V2”)，电流表应选用A2(填“A1”或“A2”)，将测量电路图画在方框内。答案(2)根据热敏电阻的阻值随温度变化的特点，可以制成测温仪表，某同学设计了如图乙所示电路，电路元件有电源(电动势为3 V，内阻不计)、毫安表(量程01.5 mA、内阻不计)、滑动变阻器(R1最大阻值2 k、R2最大阻值500 )、开关
16、、导线。实验中选用的滑动变阻器为R1(填“R1”或“R2”)，使用时先使A、B直接接在一起，调整滑动变阻器，使毫安表达到满偏，在毫安表此位置标注温度约为100(90105均正确)，此后滑动变阻器阻值不改变。接入热敏电阻，不同温度对应表盘温度，则越靠近刻度盘右端表示的温度越高(填“高”或“低”)。毫安表示数为0.15 mA处温度约为4 。乙解析(1)冬季北京室外温度约零下10摄氏度，热敏电阻阻值约24 k，是大电阻，电源电动势确定，则最大电流I125 A，电压表选择V1，电流表选择A2，并采用电流表内接法测电阻，电路图如答案图所示。(2)毫安表需要达到满偏，所以回路电阻R2 000 ，所以滑动变阻器选择R1；当A、B接在一起，相当于热敏电阻阻值为零，此时温度约为100 ；根据闭合电路欧姆定律I，电流小RT大，说明温度低，所以电流大说明温度高。根据前面公式，当I0.15 mA时，RT18 k，根据图像，温度约为4。