1、实验十二 传感器的简单使用【实验目的】1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。2.了解传感器在技术上的简单应用。【实验原理】1.传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。2.工作过程如图：【实验器材】热敏电阻、光敏电阻、电压表、电流表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。【实验过程】1.研究热敏电阻的特性：(1)如图所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理。(2)把多用电表置于“欧姆”挡，并选择适当的倍率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。(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中
2、，记下温度计的示数和热敏电阻的阻值。(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值，并记录、填表。(5)画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。(6)根据实验数据和R-t图线，分析得到热敏电阻的特性。2.研究光敏电阻的特性：(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按所示电路连接，其中多用电表置于“欧姆”挡。(2)测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据。(3)接通电源，让小灯泡发光，调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐增强，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。(4)用黑纸遮住光，观察并记录光敏电阻的阻值。光照强度弱中强无光照射阻值/(5)分析记录结果，得到光敏电阻的特性：
3、光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强时电阻减小，光照减弱时电阻增大。【注意事项】1.在做热敏电阻实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温、电压和电流值。2.光敏电阻实验中，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照射到光敏电阻上的光的强度。3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。热点一 教材原型实验 典例1 如图所示，图甲为热敏电阻的R-t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为150 。当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E=6 V
4、，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。(1)应该把恒温箱内的加热器接在_(选填“A、B端”或“C、D端”)。(2)如果要使恒温箱内的温度保持100，可变电阻R的值应调节为_。(3)为使恒温箱内的温度保持在更高的数值，可变电阻R的值应_(选填“增大”或“减小”)。【解析】(1)当温度较低的时候，热敏电阻的电阻较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁与AB部分连接，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以把恒温箱内的加热器接在A、B端。(2)当温度达到100 时，加热电路就要断开，此时继 电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要到达20 mA，根据闭合电路欧姆定律可得，I=，解得
5、R=100。0ERRR(3)由上可知，若恒温箱内的温度保持在更高的数值，会导致R电阻变小，则可变电阻R的值应增大，从而实现目标。答案：(1)A、B端(2)100(3)增大 热点二 创新拓展实验 创新角度 原理创新 1.热信号转换成电信号 2.光信号转换成电信号 3.力信号转换成电信号 器材创新 1.热敏电阻 2.光敏电阻 3.压力传感器 4.电磁继电器 题型1 热敏电阻的应用 典例2 某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图甲所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20 ，
6、热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如表所示。t/30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Rt/199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0200 )、滑动变阻器R2(0500 )、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0999.9 )、开关S、导线若干。为使该装置实现对3080 之间任一温度的控制，电源E应选用_(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用_(选填“R1”或“R2”)。(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用 多用电表测量各接点间的电压
7、，则应将如图乙所示的 选择开关旋至_(选填“A”“B”“C”或“D”)。(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)。(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是_(填写各步骤前的序号)。将热敏电阻接入电路 观察到继电器的衔铁被吸合 断开开关，将电阻箱从电路中移除 合上开关，调节滑动变阻器的阻值 断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至 108.1 【创新方向分析】(1)利用热敏电阻控制电路，使之成为温度报警系统。在设置报
8、警温度时，借助于电阻箱进行电阻设置，使之达到报警的温度。(2)可以设计成可调温度的报警器。【解析】(1)若实现对30 温度的控制 继电器和Rt的电压 U=0.015(20+199.5)V3.29 V 因此符合要求的电源应选E2。若实现对80 温度的控制 对全电路有 U=I(R继+Rt+R)即6 V=0.015 A(20+49.1+R)解得R=330.9。因此滑动变阻器应选R2。(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至C(直流电压挡)。(3)a、b间电压为0，指针不偏转。接入a、c时，多用电表与电源等构成回路，指针偏转。(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸
9、合时，调节完毕，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序为。答案：(1)E2 R2(2)C(3)不偏转 偏转(4)题型2 光敏电阻的应用 典例3 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变化而发生变化的元件(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表：(1)根据表中数据，请在如图甲所示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。照度(lx)0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻(k)75 40 28 23 20 18(2)如图乙所示，当1、2
10、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 ，阻值见表)；直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；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)；开关S及导线若干。【创新点分析】光敏电阻阻值随着光的照度变化而发生变化，利用光敏电阻来控制开关，自动启动照明系统。【解析】(1)描绘图象应注意：各点均匀分布在图线两侧，且图线应用平滑曲线，而不能只
11、是各点的连线。光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图a所示，电阻的阻值随光照度的增大而减小。(2)根据串联电阻的正比分压关系，E=3 V，当照度降 低至1.0 lx时，其电压升至2 V，由图线a知，此时光 敏电阻RP=20 k，URP=2 V，则串联电阻分压UR=1 V，由 =2得R=10 k，故选定值电阻R1，电 路原理图如图b所示。答案：见解析 RPPRURURPR2题型3 压力传感器的应用 典例4 某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)，如图所示。测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，
12、即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。请完成对该物体质量的测量：(1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使调节范围尽可能大，画出完整的测量电路图。(2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测 物体的质量m。【创新点分析】力电转换器输出电压正比于受压面的压力，可测得物体的质量。【解析】(1)设计电路如图所示(2)测量步骤如下：调节滑动变阻器，使转换器空载时的输出电压为零。将质量为m0的砝码放在转换器的受压面上，记下输 出电压U0，则可求k=。00Um g将待测物体放在转换器的受压面上，记下输出电压 U1。因为U0=km0g、U1=kmg，所以可求m=答案：见解析 010m
13、UU题型4 电磁继电器的应用 典例5 传感器担负着信息采集的任务，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(如温 度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏 电阻，热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图。(1)为了使温度过高时报警器铃响，开关S应接在_(选填“a”或“b”)处。(2)若使启动报警器的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向_(选填“左”或“右”)移动。【创新点分析】利用热敏电阻阻值随温度变化的规律，制作简单的自动报警器。【解析】温度升高时，热敏电阻阻值减小，图乙中通电螺线管的磁性增强，将与弹簧相连的金属导体向左吸引，要使报警器所在电路接通并报警，开关S应接在a处。要实现温度更高时报警器才响铃，即热敏电阻阻值更小时才将报警器电路接通，应该将滑动变阻器连入电路的阻值调大，即P向左移动。答案：(1)a(2)左