粵教版選修32 第三章 4 用傳感器制作自控裝置 學(xué)案.docx

目標(biāo)定位1.了解與傳感器技術(shù)相關(guān)的物理知識.2.練習(xí)用傳感器制作自控裝置一、應(yīng)用光敏電阻制作光控自動照明燈電路1實驗?zāi)康?1)了解與傳感器技術(shù)相關(guān)的物理知識(2)練習(xí)用傳感器制作自動控制裝置2實驗器材二極管vd，晶閘管vs，光敏電阻rg，電阻r(7.5 m)，燈泡l，多用電表，導(dǎo)線，焊接用具等3實驗原理(1)二極管：具有單向?qū)щ娦裕诱螂妷簳r，電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)；加反向電壓時，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)(2)晶閘管：有三個極，陽極a、陰極k、控制極g，工作時，它的陽極a和陰極k與電源和負載連接組成晶閘管的主電路，晶閘管的控制極g和陰極k與控制裝置相連，組成控制電路當(dāng)晶閘管承受反向陽極電壓時，不管控制極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)；當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在控制極承受正向觸發(fā)電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通(3)實驗電路及原理分析由晶閘管vs與電燈l構(gòu)成主回路，控制回路由r與rg組成的分壓器及二極管vd構(gòu)成，如圖1所示圖1白天自然光線較強時，光敏電阻呈低電阻，與r分壓后使晶閘管vs門電極處于低電平，vs關(guān)斷當(dāng)夜幕降臨時，照在rg上的自然光線減弱，rg呈高阻、使vs的門電極處于高電平，vs獲正向觸發(fā)電壓而導(dǎo)通，燈l亮改變r的阻值，即改變其與rg的分壓比，可調(diào)整電路的起控點4實驗過程(1)檢查二極管的好壞將多用電表選擇開關(guān)撥至r1 k擋，調(diào)零后，用兩表筆分別接二極管兩極，然后將兩表筆位置對調(diào)若兩次測量結(jié)果一次較小，一次很大，則二極管性能良好(2)檢查晶閘管的好壞將多用電表選擇開關(guān)撥至r1 k擋，測量a、k間的正、反向電阻均為無窮大，g、k間類似于普通二極管，正向電阻小于2 k，反向電阻大于80 k，a、g之間均為幾百千歐或，符合這些條件時，表明晶閘管良好(3)按照電路圖，將各元件焊接、安裝(4)檢查各元件的連接，確保無誤(5)接通電源，分別觀察用強光照射和用黑紙包裹光敏電阻時燈泡l的工作狀態(tài)5實驗中應(yīng)注意哪些問題(1)安裝前，要先對所有器材進行測試，確保各元件性能良好(2)焊接時，管腳必須在離管殼5 mm以上處焊接，焊接時間不易過長(3)注意二極管、晶閘管各極正確接入電路，不可錯接、反接(4)安裝完畢后，先檢查無誤后，再閉合開關(guān)進行測試6怎樣理解光控開關(guān)的工作原理如圖2所示的光控電路用發(fā)光二極管led模仿路燈，rg為光敏電阻，r1的最大電阻為51 k，r2為330 .當(dāng)天黑時，光線變?nèi)?，rg電阻變大，串聯(lián)電路中rg分得電壓增大，二極管led兩端電壓相應(yīng)增加，當(dāng)電壓達到一定值時自動發(fā)光黎明時，光線變強，rg電阻減小，二極管led兩端電壓相應(yīng)降低，降低到一定值時自動熄滅，從而使rg電路中起到自動控制電路的作用圖2例1如圖3所示為一個邏輯電平檢測電路，a與被測點相接，則()圖3aa為低電平，led發(fā)光ba為高電平，led發(fā)光ca為低電平，led不發(fā)光da為高電平，led不發(fā)光解析a為低電平時，y為高電平，led的電壓小，不發(fā)光；a為高電平時，y為低電平，led的電壓大，發(fā)光，故b、c正確答案bc(1)圖中“”叫斯密特觸發(fā)器，是一種具有特殊功能的“非”門(2)與物理學(xué)中的電路圖不同，在涉及門電路的電路圖時，表示的是電路中的邏輯關(guān)系，通常不把電流的通路完整地畫出來針對訓(xùn)練如圖4所示的光控電路，用發(fā)光二極管led模仿路燈，rg為光敏電阻，r1的最大電阻為51 k，r2為330 .白天，光的強度較大，光敏電阻rg的電阻值較_，加在斯密特觸發(fā)器a端的電壓較_，則輸出端y輸出高電平，發(fā)光二極管led_(填“導(dǎo)通”或“不導(dǎo)通”)；當(dāng)天色暗到一定程度時，rg的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器輸入端a的電壓上升到某個值(1.6 v)，輸出端y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管led_(填“導(dǎo)通”或“不導(dǎo)通”)，這樣就達到了使路燈白天熄滅，天暗自動開啟的目的圖4答案小低不導(dǎo)通導(dǎo)通解析白天，光照強度較大，光敏電阻rg的電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器a端的電壓較低，則輸出端y輸出高電平，發(fā)光二極管led不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到一定程度時，rg阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端a的電壓上升到某個值(1.6 v)時，輸出端y會突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管led導(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈亮了)，這樣就達到了使路燈白天熄滅，天暗自動開啟的目的二、自動控制電路的分析與設(shè)計例2如圖5所示為用熱敏電阻r和繼電器l等組成的一個簡單的恒溫控制電路，其中熱敏電阻的阻值會隨溫度的升高而減小電源甲與繼電器、熱敏電阻等組成控制電路，電源乙與恒溫箱加熱器(圖中未畫出)相連接則()圖5a當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值，銜鐵p將會被吸下b當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值，銜鐵p將會被吸下c工作時，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在c、d端d工作時，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在a、c端答案b解析當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值，熱敏電阻r的阻值增大，電路中電流減小，繼電器l對銜鐵p吸引力減小，p將不會被吸下，故a錯誤當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值，熱敏電阻r的阻值減小，電路中電流增大，繼電器l對銜鐵p吸引力增大，p將會被吸下，故b正確恒溫箱內(nèi)溫度高到一定數(shù)值后，應(yīng)與電源斷開停止加熱，由以上分析可知，溫度升高后，a、b端斷開，所以工作時，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在a、b端，故c、d錯誤例3現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干如圖6所示，試設(shè)計一個溫控電路要求溫度低于某一溫度時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖并說明工作過程圖6解析熱敏電阻與滑動變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓控制電路答案電路圖如圖所示工作過程：閉合開關(guān)s，當(dāng)溫度低于設(shè)計值時，熱敏電阻的阻值較大，通過電磁繼電器的電流不能使它工作，k接通使電爐絲加熱，當(dāng)溫度達到設(shè)計值時，熱敏電阻的阻值減小到某一值，通過電磁繼電器的電流達到工作電流，k斷開，電爐絲斷電，停止供熱當(dāng)溫度低于設(shè)計值時，又重復(fù)上述過程設(shè)計自動控制電路時，一般按照以下的思路進行(1)根據(jù)題目給出的儀器和要求畫出控制電路和工作電路控制電路由電源、開關(guān)、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導(dǎo)線等組成；工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導(dǎo)線等組成這兩個電路相互獨立，又通過電磁繼電器相關(guān)聯(lián)，電磁繼電器實際上是工作電路的開關(guān)(2)分析自控電路的合理性電路設(shè)計完成后，要對它的合理性進行分析，用光照射光敏電阻或?qū)崦綦娮杓訜?，檢查工作電路的接通和斷開是否符合實際要求例如，自控路燈電路的設(shè)計要求是白天切斷工作電路，使路燈熄滅，晚上接通工作電路，使路燈發(fā)光1(溫度報警器電路分析)(多選)如圖7是溫度報警器的電路示意圖，下面對此電路的分析正確的是()圖7a當(dāng)rt的溫度升高時，其阻值減小，a端電勢降低，y端電勢升高，蜂鳴器會發(fā)出報警聲b當(dāng)rt的溫度升高時，其阻值減小，a端電勢升高，y端電勢降低，蜂鳴器會發(fā)出報警聲c當(dāng)增大r1時，a端電勢升高，y端電勢降低，蜂鳴器會發(fā)出報警聲d當(dāng)增大r1時，a端電勢降低，y端電勢升高，蜂鳴器會發(fā)出報警聲答案bc2(自動控制電路的分析與設(shè)計)如圖8所示，某小型電磁繼電器，其中l(wèi)為含鐵芯的線圈p為可繞o點轉(zhuǎn)動的鐵片，k為彈簧，s為一對觸頭，a、b、c、d為四個接線柱電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動控制的要求，其工作方式是()圖8aa與b接信號電壓，c與d跟被控電路串聯(lián)ba與b接信號電壓，c與d跟被控電路并聯(lián)cc與d接信號電壓，a與b跟被控電路串聯(lián)dc與d接信號電壓，a與b跟被控電路并聯(lián)答案a解析a、b接電磁繼電器的線圈，所以a、b應(yīng)接信號電壓，線圈電流隨信號電壓變化使電磁繼電器相吸或釋放，從而使c、d接通或斷開，進而起到控制作用，故正確答案為a.3(自動控制電路的分析與設(shè)計)如圖9所示是自動水位報警的示意圖，其中繼電器的線圈通過電流時，磁鐵吸引銜鐵1，使它與觸頭3斷開，與觸頭2接觸若要求水位正常時綠燈亮，高出一定水位時紅燈亮，現(xiàn)有紅、綠燈泡各一個，紅燈泡應(yīng)安在_位置，綠燈泡應(yīng)安在_位置(填“a”或“b”)圖9答案ba解析水位正常時，線圈中沒有電流，銜鐵1與觸頭3接觸，這時應(yīng)綠燈亮，所以綠燈泡應(yīng)安在a位置，當(dāng)高出一定水位時，線圈中有電流，磁鐵吸引銜鐵1，使它與觸頭3斷開，與觸頭2接觸，這時應(yīng)紅燈亮，所以紅燈泡應(yīng)安在b位置4(光控開關(guān)電路分析與設(shè)計)光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應(yīng)用，其中就可用于街道路燈的自動控制開關(guān)，如圖10所示為模擬電路，其中a為光敏電阻，b為電磁繼電器，c為照明電路，d為路燈，請連成正確的電路，達到日出燈熄、日落燈亮的效果圖10答案見解析圖解析電路連接如圖所示當(dāng)天亮?xí)r，光線照射光敏電阻a，其阻值迅速減小，控制回路電流增大，電磁繼電器b工作，吸下銜鐵使觸點斷開，路燈熄滅當(dāng)夜晚降臨，光線變暗，光敏電阻a的阻值增大，控制回路電流減小，彈簧將銜鐵拉起，觸點接通，路燈點亮題組一光控開關(guān)電路分析1邏輯電路在電子線路中有著重要的應(yīng)用某同學(xué)利用“非”門電路設(shè)計了一個路燈自動控制門電路天黑了，讓路燈自動接通；天亮了，讓路燈自動熄滅圖1中rg是一個光敏電阻，當(dāng)有光線照射時，光敏電阻的阻值會明顯減小r是可調(diào)電阻，起分壓作用“非”門電路能將輸入的高壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪盒盘枺驅(qū)⒌蛪盒盘栟D(zhuǎn)變?yōu)楦邏盒盘?，j為路燈總開關(guān)控制電路，它在獲得高電壓時才啟動(圖中未畫出路燈電路)圖1(1)當(dāng)天黑時，rg的阻值變_，“非”門電路獲得_電壓，j得到_電壓(填“大”、“小”或“高”、“低”)(2)如果路燈開關(guān)自動接通時天色還比較亮，現(xiàn)要調(diào)節(jié)自動控制裝置，使得它在天色較暗時才會自動接通開關(guān)，應(yīng)將r的阻值調(diào)_(填“大”或“小”)一些答案(1)大低高(2)大解析(1)天黑時，光線減弱，光敏電阻rg的阻值變大，a端輸入低電壓，y端輸出高電壓，j得到高電壓，開始控制路燈工作(2)如果路燈開關(guān)自動接通時天色還比較亮，應(yīng)將r的阻值調(diào)大，使a端輸入電壓較高，當(dāng)天色較暗時，rg的電阻變大，a端的電壓降低，y端的電壓升高，j得到高電壓，開始控制路燈工作2把蜂鳴器、光敏電阻、干簧管繼電器、開關(guān)、電源按如圖2甲所示電路連接，制成光電報警裝置當(dāng)報警器有光照射時，蜂鳴器發(fā)聲，當(dāng)沒有光照或者光照很弱時，蜂鳴器不發(fā)聲光敏電阻：光敏電阻受光照射后，阻值會變小干簧管繼電器：由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成，如圖乙所示，當(dāng)線圈中有一定的電流時，線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)當(dāng)線圈中沒有電流或者電流很微弱時，磁場消失，簧片在彈力的作用下回復(fù)到分離狀態(tài)試說明光電報警器的工作原理圖2答案當(dāng)報警器有光照射時，光敏電阻阻值減小，電路中電流增大，線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片磁化，兩個簧片由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，蜂鳴器電路接通，蜂鳴器發(fā)聲；反之，當(dāng)沒有光照射或光照很微弱時，光敏電阻阻值很大，電路中的電流很小，干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片處于分離狀態(tài)，連接蜂鳴器的電路斷開，蜂鳴器不發(fā)聲3工人在鍛壓機、沖床、鉆床等機器上勞動時，稍有不慎就會把手壓在里面，造成工傷事故，工廠中大都是利用光電控制設(shè)備來避免事故發(fā)生的如圖3所示為光控繼電器的示意圖，它由電源、光電管(當(dāng)有光照射時，在陰極k端會放出電子)、放大器、電磁繼電器等幾部分組成這樣，光控繼電器銜鐵立即變化，使機床停止工作，避免事故發(fā)生光控繼電器的原理是：_.圖3答案見解析解析光照射光電管時，陰極k發(fā)射電子，電路中產(chǎn)生電流，經(jīng)放大器放大后的電流使電磁鐵m磁化，將銜鐵吸?。粺o光照射光電管時，電路中無電流，銜鐵自動離開m，右側(cè)電路接通，燈l亮題組二溫控開關(guān)電路分析4如圖4所示為一自動控制溫度的電路，請說明其工作原理圖4答案見解析解析當(dāng)開關(guān)p在彈簧拉力作用下拉到上面與a接觸時，電熱絲工作；隨著溫度升高，熱敏電阻溫度升高，阻值減小，通過電磁鐵的電流增大，電磁鐵磁性增強到一定程度時把p吸到b，電熱絲停止工作，指示燈亮題組三自動控制電路的分析與設(shè)計5(多選)如圖5所示，全自動洗衣機中的排水閥是由程序控制器控制其動作的，當(dāng)進行排水和脫水工序時，控制鐵芯1的線圈通電，使鐵芯2運動，從而牽引排水閥的閥門排除污水以下說法中正確的是()圖5a若輸入的控制電流由a流入，由b流出，則鐵芯2中a端為n極，b端為s極b若輸入的控制電流由a流入，由b流出，則鐵芯2中a端為s極，b端為n極c若a、b處輸入交變電流，鐵芯2不能被吸入線圈中d若a、b處輸入交變電流，鐵芯2仍能被吸入線圈中答案ad解析鐵芯被通電螺線管磁化6(多選)某同學(xué)設(shè)計的家庭電路保護裝置如圖6所示，鐵芯左側(cè)線圈l1由火線和零線并行繞成當(dāng)右側(cè)線圈l2中產(chǎn)生電流時，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)k，從而切斷家庭電路僅考慮l1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場，下列說法正確的有()圖6a家庭電路正常工作時，l2中的磁通量為零b家庭電路中使用的電器增多時，l2中的磁通量不變c家庭電路發(fā)生短路時，開關(guān)k將被電磁鐵吸起d地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，開關(guān)k將被電磁鐵吸起答案abd解析由于零線、火線中電流方向相反，產(chǎn)生的磁場方向相反，所以家庭電路正常工作時，l2中的磁通量為零，選項a正確；家庭電路短路和用電器增多時均不會引起l2的磁通量的變化，選項b正確，c錯誤；地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，線圈l1中磁場變化引起l2中磁通量的變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，吸起k，切斷家庭電路，選項d正確7如圖7所示，是一個簡單的磁控防盜報警裝置門的上沿嵌入一小塊永磁體m，門框內(nèi)與m相對的位置嵌入干簧管h，并且將干簧管接入圖示的電路睡覺前連接好電路，當(dāng)盜賊開門時，蜂鳴器就會發(fā)聲報警，請說明它的工作原理圖7答案磁控防盜報警器的主要元件是自動控制開關(guān)干簧管干簧管內(nèi)部有兩個軟磁性簧片，軟磁性物質(zhì)的特性是易于磁化而又易于失去磁性磁場存在時，簧片與磁場互相吸引