實(shí)驗(yàn)傳感器的簡(jiǎn)單使用

實(shí)驗(yàn)十二傳感器的簡(jiǎn)單使用第十章交變電流傳感器實(shí)驗(yàn)分析與導(dǎo)引一、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．認(rèn)識(shí)熱敏電阻、光敏電阻等傳感器的特性．2．了解傳感器在技術(shù)上的簡(jiǎn)單應(yīng)用．【實(shí)驗(yàn)原理】傳感器是將它感受到的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)．其工作過(guò)程是通過(guò)對(duì)某一物理量敏感的元件將感受到的信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號(hào)．例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過(guò)電子電路的處理就可以達(dá)到方便檢測(cè)、自動(dòng)控制、遙控等各種目的了．傳感器工作的原理可用圖10－3－1表示：圖10－3－1【實(shí)驗(yàn)器材】熱敏電阻，光敏電阻，多用電表，鐵架臺(tái)，燒杯，冷水，熱水，小燈泡，學(xué)生電源，繼電器，滑動(dòng)變阻器，開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線等．【實(shí)驗(yàn)步驟】1．研究熱敏電阻的熱敏特性(1)按圖10－3－2所示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理；圖10－3－2(2)把多用電表置于“歐姆擋”，并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y(cè)出燒杯中沒(méi)有熱水時(shí)熱敏電阻的阻值，并記下溫度計(jì)的示數(shù)；(3)向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒(méi)在冷水中，記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測(cè)量的熱敏電阻的阻值；(4)將熱水分幾次注入燒杯中，測(cè)出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄．2．研究光敏電阻的光敏特性(1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按如圖10－3－3所示的電路連接好，其中多用電表置于“×100”擋；圖10－3－3(2)先測(cè)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(kāi)電源，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(pán)指針顯示電阻阻值的情況，并記錄；(4)用手掌(或黑紙)遮光時(shí)電阻值又是多少？并記錄．二、數(shù)據(jù)處理1．研究熱敏電阻的熱敏特性(1)根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測(cè)量到的溫度、電阻值填入下表中，分析熱敏電阻的特性.次數(shù)待測(cè)量123456溫度(℃)電阻(Ω)(2)在圖10－3－4坐標(biāo)系中，粗略畫(huà)出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線．圖10－3－4(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和R－t圖線，得出結(jié)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．2．研究光敏電阻的光敏特性把記錄的結(jié)果填入下表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性.光照強(qiáng)度弱中強(qiáng)無(wú)光照射阻值(Ω)結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時(shí)發(fā)生變化，光照增強(qiáng)電阻變小，光照減弱電阻變大．三、注意事項(xiàng)1．在做驗(yàn)證熱敏特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，加開(kāi)水后要等一會(huì)兒再測(cè)其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫．2．光敏實(shí)驗(yàn)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(guò)蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的強(qiáng)度．3．歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零．四、其他常見(jiàn)傳感器及其應(yīng)用1．力電傳感器力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號(hào)(位移、速度、加速度等)轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)(電壓、電流等)的儀器．力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等．2．熱電傳感器(溫度傳感器)熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的升高而減小(金屬熱敏電阻的電阻率隨溫度的升高而增大)的原理制成的，它能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量．如各種家用電器(空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī)等)的溫度控制、火警報(bào)警器、恒溫箱等．3．光電傳感器光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管．

光敏電阻：光敏電阻的材料是一種半導(dǎo)體，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好，光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小的．光敏電阻能夠把光強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量．它就像人的眼睛，可以看到光線的強(qiáng)弱．

自動(dòng)沖水機(jī)、路燈的控制、鼠標(biāo)器、光電計(jì)數(shù)器、煙霧報(bào)警器等都是利用了光電傳感器的原理．4．磁電傳感器——霍爾元件的應(yīng)用霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度(磁學(xué)量)轉(zhuǎn)換為電壓(電學(xué)量)．一、力電傳感器的應(yīng)用

(2012·山東濟(jì)寧聯(lián)考)有一種測(cè)量人體重的電子秤，其原理圖如圖10－3－5中的虛線所示，它主要由三部分構(gòu)成：踏板和壓力杠桿ABO、壓力傳感器R(一典例透析與示范例1個(gè)阻值可隨壓力大小而變化的電阻器)、顯示體重的儀表G(其實(shí)質(zhì)是電流表)．其中AO∶BO＝5∶1.已知壓力傳感器的電阻與其所受壓力的關(guān)系如下表所示：圖10－3－5壓力F/N050100150200250300……電阻R/Ω300270240210180150120……設(shè)踏板的杠桿組件的質(zhì)量不計(jì)，接通電源后，壓力傳感器兩端的電壓恒為4.68V，則：(1)利用表中數(shù)據(jù)歸納出電阻R隨壓力F變化的函數(shù)關(guān)系式；(2)該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤(pán)多少毫安處？(3)如果某人站在踏板上，電流表刻度盤(pán)示數(shù)為20mA，這個(gè)人的體重是多少？【解析】

(1)由表中數(shù)據(jù)可歸納得出：R＝300－0.6F(Ω)．(2)依題意可知，電子秤空載時(shí)壓力傳感器受到的壓力為0，由表可知，此時(shí)壓力傳感器的電阻R1＝300Ω，電路中的電流由R＝300－0.6F，算得F2＝110N，再由F2·AO＝G·BO得G＝550N.【答案】

(1)R＝300－0.6F(Ω)

(2)15.6mA

(3)550N【規(guī)律總結(jié)】本題關(guān)鍵是理解傳感器是將所感受到的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)的一類(lèi)元件．題中的力電轉(zhuǎn)換器是將重力這個(gè)物理學(xué)量轉(zhuǎn)換成電流，通過(guò)電流表來(lái)顯示的，通過(guò)一定的關(guān)系完成兩者的轉(zhuǎn)換．二、光電傳感器的應(yīng)用例2為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所使用光控開(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng)．光控開(kāi)關(guān)可采用光敏電阻來(lái)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(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx)．某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(kΩ)754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)诮o定的坐標(biāo)系如圖10－3－6中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說(shuō)明阻值隨照度變化的特點(diǎn)．圖10－3－6(2)如圖10－3－7所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時(shí)，控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單電路．給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0(lx)時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖．(不考慮控制開(kāi)關(guān)對(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響)圖10－3－7提供的器材如下：光敏電阻RP(符號(hào)

，阻值見(jiàn)上表)；直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻不計(jì))；定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)；開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干．【解析】

(1)描繪圖象應(yīng)注意不在圖線上各點(diǎn)均勻分布在圖線兩側(cè)，且圖線應(yīng)用平滑曲線，而不能成為各點(diǎn)的連線．圖線為曲線都是非線性變化．(2)根據(jù)串聯(lián)電阻的正比分壓關(guān)系，E＝3V，當(dāng)照度降低至1.0(lx)時(shí)，其電壓升至2V，由圖線知，此時(shí)光敏電阻RP【答案】

(1)光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度變化的曲線如圖10－3－8所示．特點(diǎn)：光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小．圖10－3－8(2)電路圖如圖10－3－9所示．圖10－3－9三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例3

(2010·高考大綱全國(guó)卷Ⅱ)如圖10－3－10，一熱敏電阻RT放在控溫容器M內(nèi)：A為毫安表，量程6mA，內(nèi)阻為數(shù)十歐姆；E為直流電源，電動(dòng)勢(shì)約為3V，內(nèi)阻很??；R為電阻箱，最大阻值為999.9Ω；S為開(kāi)關(guān)．已知RT在95℃時(shí)的阻值為150Ω，在20℃時(shí)的阻值約為550Ω.現(xiàn)要求在降溫過(guò)程中測(cè)量在95℃～20℃之間的多個(gè)溫度下RT的阻值．圖10－3－10(1)在圖中畫(huà)出連線，完成實(shí)驗(yàn)原理電路圖．(2)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空．①依照實(shí)驗(yàn)原理連接電路圖．②調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度，使得RT的溫度為95℃.③將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)某踔?，以保證儀器安全．④閉合開(kāi)關(guān)．調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電流表示數(shù)I0，并記錄________．⑤將RT的溫度降為T(mén)1(20℃<T1<95℃)，調(diào)節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數(shù)________，記錄________．⑥溫度為T(mén)1時(shí)熱敏電阻的電阻值RT1＝__________________________________________________________________.⑦逐步降低T1的數(shù)值，直至20℃為止；在每一溫度下重復(fù)步驟⑤⑥.【解析】

(1)實(shí)驗(yàn)原理電路圖，如圖10－3－11所示．(2)要求出在不同溫度下RT的阻值，在閉合電路中讀出電流表的示數(shù)，然后記錄電阻箱的讀數(shù)R0，由閉合電路歐姆定律有：E＝I0(RT＋R0＋r)＝I0(150Ω＋R0＋r)①改變RT的溫度為T(mén)1，