第十章 實(shí)驗(yàn)十一 傳感器的簡單應(yīng)用

第十章實(shí)驗(yàn)十一傳感器的簡單應(yīng)用第1頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第2頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．認(rèn)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(yīng)用．第3頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實(shí)驗(yàn)原理傳感器能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(xué)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達(dá)到方便檢測、自動(dòng)控制、遙控等各種目的．第4頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月傳感器工作的原理可用下面框圖表示：第5頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月三、實(shí)驗(yàn)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(xué)生電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等．四、研究熱敏電阻的熱敏特性1．實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖實(shí)－11－1所示連接好電路，

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(dāng)?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有熱圖實(shí)－11－1水時(shí)熱敏電阻的阻值，并記下溫度計(jì)的示數(shù)；第6頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月(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(jì)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．?dāng)?shù)據(jù)處理(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)待測量溫度(℃)電阻(Ω)第7頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)在圖實(shí)－11－2所示的坐標(biāo)系中，

粗略地畫出熱敏電阻的阻值隨

溫度變化的圖線．圖實(shí)－11－2(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．第8頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月五、研究光敏電阻的光敏特性1．實(shí)驗(yàn)步驟(1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按如圖實(shí)－11－3所示電路連接好，其中多用電表置于歐姆“×100”擋；圖實(shí)－11－3(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(shí)電阻值又是多少？并記錄．第9頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月2．?dāng)?shù)據(jù)處理把記錄的結(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．第10頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月六、注意事項(xiàng)1．在熱敏實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)讀出水溫．2．在光敏實(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，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上

的光的多少．3．歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零．七、誤差分析此實(shí)驗(yàn)的誤差主要來源于溫度計(jì)和歐姆表的讀數(shù)．第11頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月八、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)對于熱敏電阻的特性，可用以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行：如圖實(shí)－11－4所示，將多用電圖實(shí)－11－4表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)表針指在某一刻度，觀察下述操作下的指針偏轉(zhuǎn)情況：第12頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)往Rt上擦一些酒精；(2)用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻．實(shí)驗(yàn)分析：(1)中指針左偏，說明Rt的阻值增大；酒精蒸發(fā)

吸熱，熱敏電阻的溫度降低，所以熱敏電阻的阻值隨溫度的降低而增大．(2)中指針右偏，說明Rt的阻值減小，而熱敏電阻Rt的溫度升

高，故熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小．優(yōu)點(diǎn)：改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)簡單易操作，學(xué)生很快得出結(jié)論．第13頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月[例1]

熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件，現(xiàn)用伏安法研究電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整．已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4Ω～5Ω.將熱敏電阻和溫度計(jì)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(3V、內(nèi)阻可忽略)、直流電流表(內(nèi)阻約1Ω)、直流電壓表(內(nèi)阻約5kΩ)、滑動(dòng)變阻器(0～20Ω)、開關(guān)、導(dǎo)線若干．電阻傳感器第15頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月(a)圖實(shí)－11－5第16頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)在圖實(shí)－11－5(a)中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．(2)根據(jù)電路圖，在圖實(shí)－11－5(b)所示的實(shí)物圖上連線．(3)簡要寫出完成接線后的主要實(shí)驗(yàn)步驟．第17頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月[解析]

常溫下待測熱敏電阻的阻值(約4Ω～5Ω)較小，應(yīng)該選用安培表外接法．熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，熱敏電阻兩端的圖實(shí)－11－6電壓由零逐漸增大，滑動(dòng)變阻器選用分壓式．(1)實(shí)驗(yàn)電路如圖實(shí)－11－6所示．(2)根據(jù)電路圖，連接實(shí)物圖如圖實(shí)－11－7所示．第18頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月圖實(shí)－11－7第19頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)完成接線后的主要實(shí)驗(yàn)步驟：①往保溫杯里加一些熱水，待溫度計(jì)穩(wěn)定時(shí)讀出溫度計(jì)值；②調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，快速測出幾組電壓表和電流表的值；③重復(fù)①和②，測量不同溫度下的數(shù)據(jù)；④繪出各測量溫度下的熱敏電阻的伏安特性曲線．[答案]

見解析第20頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月力傳感器[例2]

如圖實(shí)－11－8所示為某種電子秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑動(dòng)變阻器，阻值為R，長度為L，兩邊分別有P1、P2兩個(gè)滑動(dòng)頭，與P1相連的金屬細(xì)桿可在被固定的豎直光滑絕緣桿MN上保持水平狀態(tài)，金屬細(xì)桿與托盤相連．金屬細(xì)桿所受重力忽略不計(jì)，彈簧處于原長時(shí)P1剛好指向A端，若P1、P2間出現(xiàn)電壓時(shí)，該電壓經(jīng)過放大通過信號轉(zhuǎn)換后在顯示屏上顯示出質(zhì)量的大?。阎獜椈傻膭哦认禂?shù)為k，托盤自身質(zhì)量為m0，電源的電動(dòng)勢為E，電源的內(nèi)阻忽略不計(jì)，信號放大器、信號轉(zhuǎn)換器和顯示器的分流作用忽略不計(jì)．求：第21頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月圖實(shí)－11－8第22頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)托盤上未放物體時(shí)在托盤的自身重力作用下P1距A端的距離x1；(2)在托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)P1距A端的距離x2；(3)在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn)，其方法是：調(diào)節(jié)P2，從而使P1、P2間的電壓為零，校準(zhǔn)零點(diǎn)后將被稱物體放在托盤上．試推導(dǎo)出被稱物體的質(zhì)量m與P1、P2間電壓U的函數(shù)關(guān)系式．第23頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月[思路點(diǎn)撥]托盤上未放物體時(shí)，托盤有重力，此時(shí)彈簧的壓縮量為多少？在托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，只有物體壓縮彈簧嗎？放上重物后，向下壓縮彈簧，帶動(dòng)指針向下運(yùn)動(dòng)，從而使P1和P2之間的電阻長度發(fā)生變化，導(dǎo)致兩點(diǎn)間的電壓有變化，最終根據(jù)閉合電路的歐姆定律，能換算出物體的質(zhì)量和電壓U的關(guān)系嗎？第24頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[例3]

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(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第26頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請?jiān)趫D實(shí)－11－9所示的坐標(biāo)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(diǎn)．圖實(shí)－11－9第27頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)；開關(guān)S及導(dǎo)線若干．圖實(shí)－11－10第29頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023