第十章第3課時

1、第3課時傳感器的原理及應用考綱解讀 1.知道什么是傳感器，知道光敏電阻和熱敏電阻的作用.2.能夠通過實驗探究光敏電阻和熱敏電阻的特性.3.了解常見的各種傳感器的工作原理、元件特性及設計方案基本實驗要求基本實驗要求研究熱敏電阻的特性1實驗原理閉合電路歐姆定律，用歐姆表進行測量和觀察2實驗器材半導體熱敏電阻、多用電表、溫度計、燒杯、涼水和熱水3實驗步驟(1)按實驗原理圖連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理；(2)把多用電表置于歐姆擋，并選擇適當?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有水時熱敏電阻的阻值，并記下溫度計的示數(shù)；(3)向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記下溫度計的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值；

2、(4)將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄4數(shù)據(jù)處理在圖1坐標系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線圖15實驗結論熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大6注意事項實驗時，加熱水后要等一會兒再測其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時讀出水溫研究光敏電阻的光敏特性1實驗原理閉合電路歐姆定律，用歐姆表進行測量和觀察2實驗器材光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器、導線3實驗步驟(1)將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器如實驗原理圖所示電路連接好，其中多用電表置于“100”擋；(2)先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)；(3)打開電源，

3、讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄(4)用手掌(或黑紙)遮光時，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄4數(shù)據(jù)處理根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性5實驗結論(1)光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，強光照射下電阻值很小(2)光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量6注意事項(1)實驗中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少來達到實驗目的；(2)歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零.考點一溫度傳感器的應用例1如圖2所示，圖甲為熱敏電阻的Rt圖象，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電

4、路，繼電器的電阻為100 .當線圈的電流大于或等于20 mA時，繼電器的銜鐵被吸合為繼電器線圈供電的電池的電動勢E9.0 V，內(nèi)阻不計圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源 圖2(1)應該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在_(填“A、B端”或“C、D端”)(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50，可變電阻R的阻值應調(diào)節(jié)為_.解析恒溫箱內(nèi)的加熱器應接在A、B端當線圈中的電流較小時，繼電器的銜鐵在上方，恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高，熱敏電阻R的阻值變小，則線圈中的電流變大，當線圈的電流大于或等于20 mA時，繼電器的銜鐵被吸到下方來，則恒溫箱加熱器與電源斷開，加熱器停止工作，恒溫

5、箱內(nèi)溫度降低隨著恒溫箱內(nèi)溫度降低，熱敏電阻R的阻值變大，則線圈中的電流變小，當線圈的電流小于20 mA時，繼電器的銜鐵又被釋放到上方，則恒溫箱加熱器又開始工作，這樣就可以使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50C，即50C時線圈內(nèi)的電流為20 mA.由閉合電路歐姆定律I，r為繼電器的電阻由題圖甲可知，50C時熱敏電阻的阻值為90 ，所以R(rR)260 .答案(1)A、B端(2)260考點二光電傳感器的應用例2為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng)光控開關可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為

6、lx)某光敏電阻ROS在不同照度下的阻值如下表所示：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(k)754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖3給定的坐標系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點圖3圖4(2)如圖4所示，當1、2兩端所加電壓上升至2 V時，控制開關自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設計一個簡單電路給1、2兩端提供電壓，要求當天色漸暗、照度降低至1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖(不考慮控制開關對所設計電路的影響)提供的器材如下：光敏電阻ROS(符號，阻值見上表)直流電源E(電動勢3 V，內(nèi)阻不計)；定值電阻：R110 k，R2

7、20 k ，R340 k (限選其中之一并在圖中標出)開關S及導線若干解析(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標系中描點連線，得到如圖所示的變化曲線由圖可知阻值隨照度變化的特點：光敏電阻的阻值隨光照強度的增大非線性減小(2)因天色漸暗、照度降低至1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，此時光敏電阻阻值為20 k，兩端電壓為2 V，電源電動勢為3 V，故應加上一個分壓電阻，分壓電阻阻值為10 k，即選用R1.此電路的原理圖如圖所示答案見解析考點三力電傳感器的實際應用例3某學生為了測量一個物體的質(zhì)量，找到一個力電轉換器，該轉換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)，如圖5所示，測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉換器

8、空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U.圖5請完成對該物體質(zhì)量的測量：(1)設計一個電路，要求力電轉換器的輸入電壓可調(diào)，并且使調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在虛線框中畫出完整的測量電路圖(2)簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m.解析力電轉換器雖然是一個全新的儀器，但它與其他所有的測量儀器一樣，要有一個“調(diào)零”的過程仔細審題，題目中有很多重要的暗示，挖掘這些信息即是我們解決問題的關鍵“測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U”“該轉換器的輸出電壓正比于受壓面的

9、壓力(比例系數(shù)為k)”，所以輸出電壓Ukmg.題目要求“力電轉換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大”，這就暗示我們滑動變阻器必須使用分壓式，有了設計電路才可以進行測量步驟(1)設計電路如圖所示(2)測量步驟如下：調(diào)節(jié)滑動變阻器，使轉換器的輸出電壓為零；將質(zhì)量為m0的砝碼放在轉換器的受壓面上，記下輸出電壓U0；將待測物體放在轉換器的受壓面上，記下輸出電壓U1；因為U0km0g、U1kmg，所以可求m.答案見解析1關于傳感器工作的一般流程，下列說法中正確的是()A非電學量敏感元件轉換電路電學量轉換元件B電學量敏感元件轉換電路轉換元件非電學量C非電學量敏感元件轉換元件轉換電路電學量D非電

10、學量轉換電路轉換元件敏感元件電學量答案C解析傳感器工作的一般流程為：非電學量被敏感元件感知，然后通過轉換元件轉換成電信號，再通過轉換電路將此信號轉換成易于傳輸或測量的電學量，因此A、B、D錯，C對2.如圖6所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，圖中虛線表示激光，圓柱體表示隨傳送帶運動的貨物，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計數(shù)器的基本工作原理是()圖6A當光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B當光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓C信號處理系統(tǒng)每獲一次低電壓就計數(shù)一次D信號處理系統(tǒng)每獲一次高電壓就計數(shù)一次答案BD解析激光是照在光敏電阻R1上，信號處理系統(tǒng)與R1并聯(lián)，其電壓就是R1上的電壓

11、，當貨物擋光時R1阻值大，電壓高，貨物擋光一次，就計數(shù)(貨物的個數(shù))一次，故B、D正確3(2013江蘇4)在輸液時，藥液有時會從針口流出體外，為了及時發(fā)現(xiàn)，設計了一種報警裝置，電路如圖7所示M是貼在針口處的傳感器，接觸到藥液時其電阻RM發(fā)生變化，導致S兩端電壓U增大，裝置發(fā)出警報，此時()ARM變大，且R越大，U增大越明顯BRM變大，且R越小，U增大越明顯CRM變小，且R越大，U增大越明顯DRM變小，且R越小，U增大越明顯答案C解析由題意知，S兩端的電壓增大，則電路中的電流增大，接觸藥液的傳感器的電阻變小，則A、B選項是錯誤的；將S看做外電路，其余看做等效電源，根據(jù)UEIr可判斷，同樣的變化電

12、流，則內(nèi)阻越大電壓變化越大，因此答案為C.4如圖8所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當入射光強度增大時()圖8A電壓表的示數(shù)增大BR2中電流減小C小燈泡的功率增大D電路的路端電壓增大答案ABC解析當入射光強度增大時，R3阻值減小，外電路總電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，電壓表的示數(shù)增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，A項正確，D項錯誤；由路端電壓減小，R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項正確；結合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，故C項正確5溫度傳感器廣泛應用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中

13、，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性工作的如圖9甲所示，電源的電動勢E9.0 V，內(nèi)電阻不計；G為靈敏電流計，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻值與溫度的變化關系如圖乙所示閉合開關S，當R的溫度等于20C時，電流表示數(shù)I12 mA時，當電流表的示數(shù)I23.6 mA時，熱敏電阻的溫度是_C.圖9答案120解析從題圖乙查得t20C時，R的阻值為4 k由EI1(RRg)得RgR k4 k0.5 k當I23.6 mA時，設熱敏電阻的阻值為R，則RRg k0.5 k2 k從題圖乙查得此時對應的溫度t2120C.6一些材料的電阻隨溫度的升高而變化如圖10甲是由某金屬材料制成的電阻R隨攝氏溫度t變化

14、的圖象，若用該電阻與電池(電動勢E1.5 V，內(nèi)阻不計)、電流表(量程為5 mA，內(nèi)阻不計)、電阻箱R串聯(lián)起來，連接成如圖乙所示的電路，用該電阻做測溫探頭，把電流表的電流刻度改為相應的溫度刻度，就得到了一個簡單的“金屬電阻溫度計”圖10(1)電流刻度較大處對應的溫度刻度_；(選填“較大”或“較小”)(2)若電阻箱阻值R150 ，當電流為5 mA時對應的溫度數(shù)值為_C.答案(1)較小(2)50解析(1)由題圖甲可知，溫度升高，電阻阻值增大，電路中電流減小，因此電流刻度較大處對應的溫度刻度較小(2)電流為5 mA時，電路總電阻為300 ，電阻箱阻值R150 ，則R150 ，由題圖甲得對應的溫度為5

15、0C.7利用負溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化，反應快，而且精確度高(1)如果將負溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變_(填“大”或“小”)(2)上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度如果刻度盤正中的溫度為20C(如圖11甲所示)，則25C的刻度應在20C的刻度的_(填“左”或“右”)側甲乙圖11(3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變化，請用圖乙中的器材(可增加元器件)設計一個電路答案(1)小(2)右(3)見解析圖解析(1)因為負溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時，電阻增大故電路中電流會減小(2)由(1)的分析知，溫度越高，電流越大，25C的刻度應對應較大電流，故在20C的刻度的右側(3)電路如圖所示 8熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件，現(xiàn)用伏安法研究熱敏電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求該特性曲線盡可能完整已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4 5 .將熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其他備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水瓶(圖中未畫出)、電源(3 V、內(nèi)阻可忽略)、直流電流表(內(nèi)阻約1 )、直流電壓表(內(nèi)阻約5 k)、滑動變阻器(020 )、開關、導線若干(1)在下面的虛