電磁繼電器滑動變阻器

第三單元傳感器的原理及應(yīng)用1．概念：能夠感受外界信息，并將其依據(jù)確定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號的器件或裝置，叫傳感器．2．組成：一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路三個部分組成．3．原理：通過對某一物理量敏感的元件，將感受到的物理量按確定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量的量，例如，光電傳感器利用光敏電阻將光信號轉(zhuǎn)換成電信號；熱電傳感器利用熱敏電阻將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號．4．流程：5．傳感器的分類：目前對傳感器尚無一個統(tǒng)一的分類方法，常用的分類方法有兩個：(1)按輸入量分類，如輸入量分別為 等非電學(xué)量時，相應(yīng)的傳感器稱為溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器．這種分類方法給運用者供應(yīng)了便利，簡潔依據(jù)測量對象選擇須要的傳感器．溫度、壓力、位移、速度、加速度(2)按傳感器的工作原理分類，可分為電阻傳感器、

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等．電容傳感器電感傳感器霍爾傳感器光電傳感器光柵傳感器z6．傳感器的元件：制作傳感器時常常運用的元件有 、霍爾元件等．(1)熱敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的，常態(tài)時其阻值約為10kΩ，其電阻率隨溫度的變更而快速變更，溫度上升時，其電阻率顯著減小．光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻(2)光敏電阻也是由半導(dǎo)體材料制成的，其電阻率在光照射下顯著減小，在沒有光照射下其阻值可以達(dá)到幾十兆歐，在一般室內(nèi)光照射下，電阻可以降至幾千歐，利用多用電表的歐姆擋測量不同溫度下熱敏電阻的阻值以及不同光照條件下光敏電阻的阻值，就可以了解熱敏電阻隨溫度以及光敏電阻隨光照的變更規(guī)律．(3)有些金屬的電阻率隨溫度的上升而增加，利用這個特點也可以制成溫度傳感器．熱敏電阻和金屬熱電阻都可以把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量(電阻)，相比之下熱敏電阻的靈敏度較好．(4)霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強度轉(zhuǎn)換為電壓，當(dāng)電流確定時，霍爾電壓UH與磁感應(yīng)強度B成正比．(1)組成：由金屬架和應(yīng)變片組成．(2)工作原理：如圖1所示，彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個應(yīng)變片，在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面的電阻變?。?/p>

F越大，彎曲形變越大，應(yīng)變片的阻值變更就越大．假如讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，那么上面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下面應(yīng)變片兩端的電壓變?。畟鞲衅靼堰@兩個電壓的差值輸出．外力越大，輸出的電壓差值也就越大．應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量．(1)話筒的作用是將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號．常見的有：動圈式話筒、電容式話筒和駐極體話筒．(2)動圈式話筒的工作原理：它是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的．當(dāng)聲波使金屬膜片振動時，連接在膜片上的線圈在永磁鐵磁場里振動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，其大小和方向都變更，振幅和頻率的變更由聲波確定，這個信號電流經(jīng)擴音器擴大后傳給揚聲器放出．(3)電容式話筒的工作原理：聲波使電容器膜片振動時，電容發(fā)生變更，電路中電流變更，于是輸出端就輸出了與聲音變更規(guī)律相同的電壓．(4)駐極體話筒的工作原理：同電容式話筒，只是內(nèi)部有感受聲波的駐極體塑料薄膜．(1)溫度傳感器是由半導(dǎo)體材料制成的，熱敏電阻和金屬熱電阻均可制成，它是把熱信號轉(zhuǎn)換為電信號而進(jìn)行自動限制的．(2)電熨斗：電熨斗能自動限制溫度，靠的是裝有雙金屬片的溫度傳感器．這種傳感器的作用是限制電路的通斷．(1)原理：溫度傳感器可以把溫度轉(zhuǎn)換為電信號，由指針儀表或數(shù)字式儀表顯示出來，把非電學(xué)量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量．(2)優(yōu)點：由于電信號可以由測溫點傳輸?shù)狡渌攸c，所以溫度傳感器可以遠(yuǎn)距離讀取溫度的數(shù)值．(3)種類：常見的測溫儀的測溫元件可以是熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶等，還可以是紅外線敏感元件等．(1)機械式鼠標(biāo)器內(nèi)的碼盤兩側(cè)分別裝有紅外放射管(LED)及紅外接收管，兩個紅外接收管就是兩個光傳感器．(2)有的火災(zāi)報警器是利用煙霧對光的散射來工作的，其帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透亮的擋板．平常間電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)．煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變?。c傳感器連接的電路檢測出這種變更，就會發(fā)出警報(如圖2所示)．1．角度的電容式傳感器：原理是當(dāng)旋轉(zhuǎn)動片時，電容器兩個彼此絕緣的金屬板的正對面積發(fā)生變更，從而引起電容發(fā)生變更．如圖3甲所示．2．液體的電容式傳感器：原理是導(dǎo)電液體相當(dāng)于電容器的一個極板，當(dāng)液體的深度發(fā)生變更時，相當(dāng)于兩個極板的正對面積發(fā)生變更，從而電容發(fā)生變更．如圖乙所示．3．位移的電容式傳感器：原理是當(dāng)電解質(zhì)板插入兩金屬極板間不同的距離時，隨著電解質(zhì)板位移的變更，電容隨之變更．如圖丙所示．4．壓力的電容式傳感器：原理是當(dāng)作用在一個電極上的壓力變更時，金屬片的形態(tài)發(fā)生變更，兩金屬板的距離發(fā)生變更，電容隨之變更，如圖丁所示．依據(jù)壓力的變更，推斷傳感器的工作原理．【例1】如圖4所示的是一種測定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測壓力F作用于可動膜片的電極上時，以下說法正確的是 ()①若F向上壓膜片電極，電路中有從a到b的電流②若F向上壓膜片電極，電路中有從b到a的電流③若F向上壓膜片電極，電路中不會出現(xiàn)電流④若電流表有示數(shù)，則說明壓力F發(fā)生變更⑤若電流表有示數(shù)，則說明壓力F不發(fā)生變更A．②④B．①④C．③⑤ D．①⑤圖5答案：A?變式1：用如圖6所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度，該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個由力敏電阻組合成的壓力傳感器，用兩根相同的輕彈簧夾著一質(zhì)量為2.0kg的滑塊，滑塊可無摩擦滑動，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可干脆從傳感器的液晶顯示屏上讀出．現(xiàn)將裝置沿運動方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后．汽車靜止時，傳感器a、b的示數(shù)均為10N．(g取10m/s2)(1)若傳感器a的示數(shù)為14N，b的示數(shù)為6.0N，求此時汽車的加速度大小和方向．(2)當(dāng)汽車以怎樣的加速度運動時，傳感器a的示數(shù)為零．解析：傳感器上所顯示出力的大小，即彈簧對傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此即為彈簧上的彈力大小，亦即該彈簧對滑塊的彈力大?。鸢福?1)4m/s2向右(2)10m/s2向左中學(xué)階段所進(jìn)行的自動限制電路設(shè)計，一般是用光敏電阻、熱敏電阻等原件通過繼電器實現(xiàn)自動限制．設(shè)計電路時，應(yīng)留意繼電器的聯(lián)接，是利用常開觸頭還是常閉觸頭．限制電路與工作電路分開設(shè)計，各自形成不同的回路．【例2】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8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，畫出電路圖說明工作過程．解析：熱敏電阻R1與滑動變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓限制電路．答案：電路圖如圖9所示工作過程：閉合S當(dāng)溫度低于設(shè)計值時熱敏電阻阻值增大，通過電磁繼電器的電流不能使它工作，K接通電爐絲加熱．當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計值時，熱敏電阻減小到某值，通過電磁繼電器的電流達(dá)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，又重復(fù)前述過程．?變式2：某學(xué)生為了測量一物體的質(zhì)量，找到了一個力電轉(zhuǎn)換器，讓轉(zhuǎn)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10所示．測量時先調(diào)整輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為零；然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.現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個，開關(guān)及導(dǎo)線若干，待測物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)．(1)設(shè)計一個電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)整范圍盡可能大，在下面的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；(3)請設(shè)想試驗中可能出現(xiàn)的一些問題．解析：(1)設(shè)計的電路如圖11所示．依據(jù)熱敏電阻、光敏電阻的特性來推斷自動傳感器的工作原理．【例3】用熱敏電阻作為傳感器，設(shè)計一個簡潔的自動限制裝置，可供選擇的器材如下：熱敏電阻、小燈泡(或門鈴)、電池組、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等．要求：溫度高時，燈泡亮或門鈴報警．請選出須要的器材，畫出原理圖，并作簡要說明．解析：假設(shè)用熱敏電阻來限制一個小燈泡的發(fā)光和熄滅．電池組的輸出電壓假如等于繼電器的工作電壓，但是高于小燈泡的額定電壓，可以用一個滑動變器和小燈泡串聯(lián)來調(diào)整，其工作原理如圖12所示，這樣可以共用一個電池組．所選取的器材有電磁繼電器、熱敏電阻、開關(guān)、電池組、滑動變阻器、小燈泡和連接導(dǎo)線等．其工作過程是：閉合開關(guān)S，把繼電器、熱敏電阻和電池組接通，由于熱敏電阻的溫度較低，它的阻值較大，使通過繼器的電流較小，不足以把鐵片吸下來，所以小燈泡中沒有電流通過，是熄滅的；當(dāng)熱敏電阻的溫度上升到某一特定值后，它的阻值快速減小，使通過繼電器的電流快速增大，電磁鐵產(chǎn)生較強的磁場將鐵片吸下來與觸點P連接，將小燈泡與電池組接通，小燈泡發(fā)光．當(dāng)熱敏電阻的溫度降到某特定溫度以下時，它的電阻值快速增大，使通過繼電器的電流減小，鐵片被彈簧拉動而離開觸點P，小燈泡熄滅．這樣，由熱敏電阻的溫度變更可引起繼電器回路的電流變更，從而達(dá)到限制小燈泡亮、滅的目的．答案：見解析高分通道熱敏電阻、光敏電阻一般是用半導(dǎo)體材料做成的，熱敏電阻的電阻隨溫度的上升而減小，光敏電阻的電阻有光照時電阻減?。?變式3：如右圖13所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支筆分別與光敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間．若用不透光的黑紙將Rt包袱起來，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動；若用手電筒光照射Rt，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動．解析：光敏電阻受光照越強，電阻越小，電流越大，所以將Rt包袱起來電阻增大，電流減小指針向左偏，反之向右偏．答案：左右1．關(guān)于傳感器的下列說法正確的是 ()A．全部傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料做成的B．金屬材料也可以制成傳感器C．傳感器主要是通過感知電壓的變更來傳遞信號的D．以上說法都不正確解析：半導(dǎo)體材料可以制成傳感器，其他材料也可以制成傳感器，如金屬氧化物氧化錳就可以制成溫度計，所以A錯，B正確，傳感器不但能感知電壓的變更，還能感受力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，所以C錯．答案：B2．唱卡拉OK用的話筒內(nèi)有傳感器，其中有一種是用動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，下列說法正確的是 ()A．該傳感器是依據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B．該傳感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C．膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變D．膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢解析：當(dāng)聲波使膜片前后振動時，膜片后的金屬線圈就跟著振動，從而使處于永磁體的磁場中的線圈切割磁感線，穿過線圈的磁通量發(fā)生變更，產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺梢娺@是利用電磁感應(yīng)原理．故B正確．答案：B3．在一些星級賓館的洗手間常常裝有自動干手機，洗手后將濕手靠近，機內(nèi)的傳感器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機內(nèi)噴出，將濕手烘干，手靠近干手機能使傳感器工作，是因為 ()A．變更濕度B．變更溫度C．變更磁場 D．變更電容解析：依據(jù)自動干手機工作的特征，手靠近電熱器工作，手撤離電熱器停止工作，人是一種導(dǎo)體，可以與其他導(dǎo)體構(gòu)成電容．手靠近時相當(dāng)于連接一個電容，可以確定干手機內(nèi)設(shè)有電容式傳感器，由于手的靠近變更了電容，用濕度和溫度來驅(qū)動電熱器工作，理論上可行，但是假如干手機是由于濕度、溫度的變更而工作就成了室內(nèi)烘干機．故D正確．答案：D4．半導(dǎo)體中參與導(dǎo)體的電流載體稱為載流子．N型半導(dǎo)體的載流子是帶負(fù)電的電子，P型半導(dǎo)體的載流子是帶正電的“空穴”．一塊厚度為d、高度為l的長方形半導(dǎo)體樣品，置于方向如圖14所示、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，當(dāng)半導(dǎo)體樣品中通以如圖所示方向、大小為I的恒定電流時，樣品上、下底面出現(xiàn)恒定電勢差U，且上表面帶正電、下表面帶負(fù)電．設(shè)半導(dǎo)體樣品中每個載流子帶電荷量為q，半導(dǎo)體樣品中載流子的密度(單位體積內(nèi)載流子的個數(shù))用n表示，則下列關(guān)于樣品材料類型的推斷和其中載流子密度n的大小，正確的是 ()答案：BD5．如圖15所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強度增大時 ()A．電壓表的示數(shù)增大B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大D．電路的路端電壓增大解析：當(dāng)光強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大，A項正確，D項錯誤；由路端電壓減小而R1兩端電壓增大知，R2兩