實驗傳感器的簡單使用

實驗十二傳感器的簡單使用第十章交變電流傳感器實驗分析與導引一、設計實驗【實驗目的】1．認識熱敏電阻、光敏電阻等傳感器的特性．2．了解傳感器在技術(shù)上的簡單應用．【實驗原理】傳感器是將它感受到的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學量)．其工作過程是通過對某一物理量敏感的元件將感受到的信號按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號．例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)過電子電路的處理就可以達到方便檢測、自動控制、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【實驗器材】熱敏電阻，光敏電阻，多用電表，鐵架臺，燒杯，冷水，熱水，小燈泡，學生電源，繼電器，滑動變阻器，開關(guān)，導線等．【實驗步驟】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?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有熱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；(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．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，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)待測量123456溫度(℃)電阻(Ω)(2)在圖10－3－4坐標系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線．圖10－3－4(3)根據(jù)實驗數(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.光照強度弱中強無光照射阻值(Ω)結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化，光照增強電阻變小，光照減弱電阻變大．三、注意事項1．在做驗證熱敏特性實驗時，加開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．2．光敏實驗中，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強度．3．歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零．四、其他常見傳感器及其應用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信號(位移、速度、加速度等)轉(zhuǎn)化為電學信號(電壓、電流等)的儀器．力電傳感器廣泛地應用于社會生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導彈、飛機、潛艇和宇宙飛船上的慣性導航系統(tǒng)及ABS防抱死制動系統(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，它能把溫度這個熱學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量．如各種家用電器(空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機等)的溫度控制、火警報警器、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體，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照的增強，載流子增多，導電性能變好，光敏電阻的阻值隨光照強度的增大而減小的．光敏電阻能夠把光強度這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量．它就像人的眼睛，可以看到光線的強弱．

自動沖水機、路燈的控制、鼠標器、光電計數(shù)器、煙霧報警器等都是利用了光電傳感器的原理．4．磁電傳感器——霍爾元件的應用霍爾元件能夠把磁感應強度(磁學量)轉(zhuǎn)換為電壓(電學量)．一、力電傳感器的應用

(2012·山東濟寧聯(lián)考)有一種測量人體重的電子秤，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……設踏板的杠桿組件的質(zhì)量不計，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(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表刻度盤多少毫安處？(3)如果某人站在踏板上，電流表刻度盤示數(shù)為20mA，這個人的體重是多少？【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，電子秤空載時壓力傳感器受到的壓力為0，由表可知，此時壓力傳感器的電阻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)換成便于測量的量(一般是電學量)的一類元件．題中的力電轉(zhuǎn)換器是將重力這個物理學量轉(zhuǎn)換成電流，通過電流表來顯示的，通過一定的關(guān)系完成兩者的轉(zhuǎn)換．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(guān)控制照明系統(tǒng)．光控開關(guān)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)，請在給定的坐標系如圖10－3－6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10－3－6(2)如圖10－3－7所示，當1、2兩端所加電壓上升至2V時，控制開關(guān)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(guān)對所設計電路的影響)圖10－3－7提供的器材如下：光敏電阻RP(符號

，阻值見上表)；直流電源E(電動勢3V，內(nèi)阻不計)；定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限選其中之一并在圖中標出)；開關(guān)S及導線若干．【解析】

(1)描繪圖象應注意不在圖線上各點均勻分布在圖線兩側(cè)，且圖線應用平滑曲線，而不能成為各點的連線．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，當照度降低至1.0(lx)時，其電壓升至2V，由圖線知，此時光敏電阻RP【答案】

(1)光敏電阻的阻值隨光照強度變化的曲線如圖10－3－8所示．特點：光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減?。畧D10－3－8(2)電路圖如圖10－3－9所示．圖10－3－9三、創(chuàng)新實驗例3

(2010·高考大綱全國卷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，電動勢約為3V，內(nèi)阻很??；R為電阻箱，最大阻值為999.9Ω；S為開關(guān)．已知RT在95℃時的阻值為150Ω，在20℃時的阻值約為550Ω.現(xiàn)要求在降溫過程中測量在95℃～20℃之間的多個溫度下RT的阻值．圖10－3－10(1)在圖中畫出連線，完成實驗原理電路圖．(2)完成下列實驗步驟中的填空．①依照實驗原理連接電路圖．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?shù)某踔担员ＷC儀器安全．④閉合開關(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T1(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T1時熱敏電阻的電阻值RT1＝__________________________________________________________________.⑦逐步降低T1的數(shù)值，直至20℃為止；在每一溫度下重復步驟⑤⑥.【解析】

(1)實驗原理電路圖，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T1，