1、实验十一 传感器的简单应用实验目的 1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性。2.了解传感器在技术上的简单应用。实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、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 一、研究热敏电阻的热敏特性 二、研究光敏电阻的光敏特性 注意事项 1.在做热敏实验时，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。2.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。3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。热点一 温度传感器的应用【例1】一些材料的电阻随温度的升
2、高而变化。如图1甲是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，若用该电阻与电池(电动势E1.5 V，内阻不计)、电流表(量程为5 mA，内阻不计)、电阻箱R串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”。图1(1)电流刻度较大处对应的温度刻度_；(选填“较大”或“较小”)(2)若电阻箱阻值R150，当电流为5 mA时对应的温度数值为_。解析(1)由题图甲可知，温度升高，电阻阻值增大，电路中电流减小，因此电流刻度较大处对应的温度刻度较小。(2)电流为5 mA时，电路总电阻为300，电阻箱阻值R150，则R15
3、0，由题图甲得对应的温度为50。答案(1)较小(2)50【变式训练】1.利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高。(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变_(填“大”或“小”)。(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20(如图2甲所示)，则25 的刻度应在20 的刻度的_(填“左”或“右”)侧。图2(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图
4、乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25 的刻度应对应较大电流，故在20 的刻度的右侧。(3)如图所示。答案(1)小(2)右(3)见解析 解析(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大。故电路中电流会减小。热点二 光电传感器的应用【例2】(多选)如图3所示为光敏电阻自动计数器的示意图，图中虚线表示激光，圆柱体表示随传送带运动的货物，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是()图3 A.当光照射R1时，信号处理系统获得高电压 B.当光照射R1时，信号处理系统获得低电压 C.信号处理系统每获一次低电压就计数一次 D.信号
5、处理系统每获一次高电压就计数一次 解析 激光是照在光敏电阻R1上，信号处理系统与R1并联，其电压就是R1上的电压，当货物挡光时R1阻值大，电压高，货物挡光一次，就计数(货物的个数)一次，故B、D正确。答案 BD【变式训练】2.(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图4甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下列说法正确的是()图4 A.传送带运动的速度是0.1 m/s B
6、.传送带运动的速度是0.2 m/s C.该传送带每小时输送3 600个工件 D.该传送带每小时输送7 200个工件 解析 从乙图可以知道：每间隔 1 秒的时间光传感器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带运动的速度是 v0.21m/s0.2 m/s。故 A 错误，B 正确；传送带每小时传送的距离为 svt0.23 600 m，工件个数为 nsL3 600 个，C 正确，D 错误。答案 BC 1.利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图5甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的UI关系图线。图5(1)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑
7、动变阻器A(阻值范围010)、滑动变阻器B(阻值范围0100)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是_(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。(2)如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3A，电源电动势为3 V。则此时小灯泡的电功率为_ W，电源的内阻为_。答案(1)A 实验电路图如图所示(2)0.69(0.660.72均可)2.33(2.002.67均可)2.如图6所示，图甲为热敏电阻的Rt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，继电器的电阻为100。当线圈的电流大于或
8、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E9.0 V，内阻不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。图6(1)应该把恒温箱内的加热器接在_(填“A、B”或“C、D端”)。(2)如果要使恒温箱内的温度保持在50，可变电阻R的阻值应调节为_。解析(1)恒温箱内的加热器应接在 A、B 端。当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高。随着恒温箱内温度升高，热敏电阻 R 的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈的电流大于或等于 20 mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，则恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低。随着恒温
9、箱内温度降低，热敏电阻 R 的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于 20 mA 时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度。(2)要使恒温箱内的温度保持在 50，即 50 时线圈内的电流为20 mA。由闭合电路的欧姆定律 IErRR，r 为继电器的电阻。由题图可知，50 时热敏电阻的阻值为 90，所以 REI(rR)260。答案(1)A、B端(2)260 3.(2015河南郑州模拟)如图7为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的IU关系曲线图。图7(1)为了通过测量得到如图7所示IU关系的完整曲线，在图8甲和乙两个
10、电路中应选择的是图_；简要说明理由：_ _。(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0100)图8(2)在如图9所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1250。由热敏电阻的IU关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_V；电阻R2的阻值为_。图9 解析(1)应选择图甲，因为图甲电路电压可从0 V调到所需电压，电压调节范围大。(2)由题图知 R2 与热敏电阻串联后与 R1 并联接在 9 V 电源上，总电流 I70 mA，R1250。设通过热敏电阻的电流为 I2，通过R1 的电流为 I1，则 II1I2，故 I2II1(70 9250103)mA34 mA。由图象查得 34 mA 对应的电压为 5.0 V，R2 两端电压U29 V5.0 V4.0 V，所以 R24.0 V34103 A117.6。答案(1)甲 因为甲电路电压可从0 V调到所需电压，电压调节范围大(2)5.0 117.6