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1、一 传感器的工作原理1 传感器 把能够感受诸如力 温度 光 声 化学成分等 按照一定规律转换为电压 电流等 或转换为电路的通断的元件 2 常见的传感器元件 1 光敏电阻 随光照的 导电性变好 2 热电阻 随温度升高 电阻率 3 热敏电阻 随温度升高 电阻 4 霍尔元件 能把 这个磁学量转化成 这个电学量 二 传感器的应用1 传感器应用的一般模式传感器 电路 电路 显示器 指针式电表或数字屏 2 传感器的应用举例 1 力传感器的应用 等 2 声传感器的应用 等 3 温度传感器的应用 等 4 光传感器的应用 等 答案 一 1 非电学量电学量2 1 增强 2 增大 3 减小 4 磁感应强度电压二 1
2、 放大转换执行机构计算机系统2 1 电子秤 2 话筒 3 电熨斗电饭锅测温仪 4 鼠标器火灾报警器 1 光敏电阻是利用阻值随光照强度的变化而变化的材料制成的 光敏电阻一般由半导体材料做成 不受光照射时光敏电阻的导电性能很差 阻值较大 当半导体材料受光照射时 会有更多的电子获得能量成为自由电子 同时形成更多的空穴 于是导电性能明显增强 2 热敏电阻是电阻值随温度变化的敏感元件 在工作温度范围内 电阻值随温度上升而增加的是正温度系数热敏电阻器 电阻值随温度上升而减小的是负温度系数热敏电阻器 有些金属的电阻率随温度的升高而增大 这样的电阻也可以制成温度传感器 称为金属热电阻 热敏电阻或金属热电阻都把
3、温度这个热学量转换为电阻这个电学量 但相比而言 金属热电阻的化学稳定性好 测温范围大 而热敏电阻的灵敏度好 双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属 常温下 弹性铜片和双金属片触点是接触的 通电后 电热丝发热 当温度升高到某一值时 双金属片受热膨胀 形变量大于下面金属 双金属片向下弯曲 使触点分离 切断电路 随着温度的降低 当降到某一温度时 双金属片收缩回复原状 两触点接通电路 调温旋钮下压弹性铜片 可使触点分离的温度升高 上提弹性铜片 可降低触点的分离温度 从而实现调温控制 电饭煲内的感温铁氧体是用氧化锰 氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的 它的特点是 常温下具有铁磁性 高温下失去铁磁性 恰好失
4、去铁磁性时的临界点称为 居里温度 或 居里点 电饭煲内的感温铁氧体的 居里点 是103摄氏度 不同材料的 居里点 不同 就铁氧体来说 内部的成分不同 居里点 也不同 一 实验目的1 知道传感器的作用 了解热 光敏传感器的原理 2 了解传感器的简单应用 实验原理传感器是对某一物理量 如力 压强 光强 温度等 敏感的元件 它将感受到的信号转换成便于测量的量 一般是电学量 从而直接反映出其变化或通过相应的仪器处理 实验器材1 热敏电阻 多用电表 烧杯 温度计 铁架台 冷水及热开水 2 光敏电阻 小盒子 小灯泡 或门铃 学生电源 继电器 滑动变阻器 开关 导线 实验步骤1 热敏特性观察 1 按下图所示
5、安装好仪器 将热敏电阻和多用电表的欧姆挡连接好后把热敏电阻放入烧杯内 2 将少量冷水放入烧杯内浸没热敏电阻和温度计液泡 稍等一会 读出温度值和电阻值 并记录 3 分几次将少量开水加入烧杯中 每次温度平衡后将温度和电阻值读出并记录 说明 烧杯中加水改变温度时 要等待温度稳定后再测热敏电阻的阻值 并同时读取温度值 4 在图中画出电阻随温度变化的曲线 如图所示 5 观察结论 热敏电阻的阻值随温度的升高而减小 随温度的降低而增大 2 光敏电阻特性观察 1 如右图所示 按图将一光敏电阻连接多用电表的欧姆挡后将光敏电阻放在一个上面开口而四壁和盒底不透光的小盒内 读出电阻的值 2 在小盒子的上开口处用书本
6、或纸板 逐步减小开口的大小直至完全封闭 观察欧姆表读出的光敏电阻的阻值变化 3 将小盒开口由封闭到完全放开 观察欧姆表指示的光敏电阻阻值的变化 4 结论 光敏电阻的阻值被光照射时发生变化 光照增强 电阻变小 光照减弱 电阻变大 3 光电计数器的基本原理观察光电计数器的工作 演示 原理 每个工件通过光接收器前时 光线被工件挡住 光敏电阻阻值比无工件挡住时的电阻值大 供给信号处理系统的电压变高 这一高低变化的电压经信号处理系统转为相应数字而实现自动计数功能 如图所示 电源两端的电压恒定 L为小灯泡 R为光敏电阻 D为发光二极管 电流越大 发光越强 且R与D距离不变 下列说法中正确的是 A 当滑动触
7、头P向左移动时 L消耗的功率增大B 当滑动触头P向左移动时 L消耗的功率减小C 当滑动触头P向右移动时 L消耗的功率可能不变D 无论怎样移动滑动触头 L消耗的功率都不变解析 电源电压恒定 也就是说 并联电路两端的电压恒定 当滑动触头向左移动时 发光二极管发光变强 光敏电阻的电阻变小 所以电流变大 则L的功率变大 答案 A 点评 常见的光传感器有 光敏电阻 光电管 光电二极管 光电三极管等 光敏电阻在被光照射时电阻发生变化 其原因是做光敏电阻的材料硫化镉是一种半导体材料 无光照时 载流子极少 导电性能不好 随着光照的增强 载流子增多 导电性变好 某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性 现有器材 直
8、流恒流电源 在正常工作状态下输出的电流恒定 电压表 待测热敏电阻 保温容器 温度计 开关和导线等 1 若用上述器材测量热敏电阻 甲乙 2 实验的主要步骤 正确连接电路 在保温容器中注入适量冷水 接通电源 调节并记录电源输出的电流值 在保温容器中添加少量热水 待温度稳定后 闭合开关 断开开关 重复第 步操作若干次 测得多组数据 3 实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值 并据此绘出图乙所示的R t关系图线 请根据图线写出该热敏电阻的R t关系式 R t 保留3位有效数字 答案 1 如图所示 2 读取温度计示数读取电压表示数 3 1000 400 如图所示 M是一小型理想变压器 接线柱a b接在
9、电压u 311sin314t V 的正弦交流电源上 变压器右侧部分为一火警报警系统原理图 其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器 电流表A2为值班室的显示器 显示通过R1的电流 电压表V2显示加在报警器上的电压 报警器未画出 R3为一定值电阻 当传感器R2所在处出现火警时 R2阻值变小 以下说法中正确的是 A A1的示数不变 A2的示数增大B A1的示数增大 A2的示数增大C V1的示数增大 V2的示数增大D V1的示数不变 V2的示数减小 答案 D点评 1 热敏电阻是利用半导体的热敏特性制成的电阻 其阻值随温度的升高而降低 用在电讯和自动机械的控制系统中 也用来制作温度计 2 热电阻测温是基
10、于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的 热电阻大都由纯金属材料制成 目前应用最多的是铂和铜 此外 现在已开始采用镍 锰和铁等材料制造热电阻 它是中低温区最常用的一种温度检测器 主要特点是测量精度高 性能稳定 如图所示为测定压力的电容式传感器 将平行板电容器 灵敏电流表 零刻度在中间 和电源串联成闭合回路 当压力F作用于可动膜片电极上时 膜片发生形变 引起电容的变化 导致灵敏电流表指针偏转 在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中 灵敏电流表指针偏转情况为 电流从电流表正接线柱流入时指针会向右偏 A 向右偏到某一刻度后回到零刻度B 向左偏
11、到某一刻度后回到零刻度C 向右偏到某一刻度后不动D 向左偏到某一刻度后不动 答案 A 1 传感器担负着信息采集的任务 它常常是 A 将力学量 如形变量 转变成电学量B 将热学量转变成电学量C 将光学量转变成电学量D 将电学量转变成力学量答案 ABC解析 传感器是将所感受到的不便于测量的物理量 如力 热 光 声等 转换成便于测量的物理量 一般是电学量 的一类元件 故选项A B C对 选项D错 2 如图所示 R1是光敏电阻 R2 R3是定值电阻 当开关S闭合后 开始没有光照射 过一段时间 当有光照射时 A R1的电阻变小 电流表A示数变大B R1的电阻变小 电流表A示数变小C R1的电阻变大 电流
12、表A示数变大D R1的电阻变大 电流表A示数变小答案 B解析 当有光照射时 光敏电阻R1的电阻变小 电路中的总电阻变小 总电流增大 内电压增大 外电压减小 所以电流表A示数变小 选项B正确 3 2010 湘潭模拟 如图是一火警报警电路的示意图 其中R3为用某种材料制成的传感器 这种材料的电阻率随温度的升高而增大 值班室的显示器为电路中的电流表 电源两极之间接一报警器 当传感器R3所在处出现火情时 显示器的电流I 报警器两端的电压U的变化情况是 A I变大 U变小B I变小 U变大C I变大 U变大D I变小 U变小 答案 C解析 当传感器R3所在处出现火情时 温度升高电阻增大 回路的总电流减小
13、 路端电压U变大 UR2 E I总 r R1 则UR1增大 通过R2的电流I增大 C正确 4 2010 徐州模拟 在街旁的路灯和江海里的航标都要求在夜晚亮 白天熄 利用半导体的电学特性制成了自动点亮 熄灭的装置 实现了自动控制 这是利用半导体的 A 压敏性B 光敏性C 热敏性D 三种特性都利用答案 B解析 街旁的路灯和江海里的航标 都是利用了半导体的光敏性 夜晚电阻大 白天电阻小 控制了电路的通断 5 2010 试题调研 目前传感器已被广泛应用于各种电器 电子产品之中 下列说法中正确的是 A 电子秤所使用的测力装置是光传感器B 电熨斗自动控制温度应用的是双金属片温度传感器C 电脑所用的机械式鼠
14、标器主要是采用声传感器D 话筒是一种常用的声传感器 其作用是将电信号转换为声信号答案 B 解析 电子秤使用的测力传感器是力传感器 选项A错误 电脑所用的机械式鼠标器是光传感器的作用 选项C错误 话筒是将声信号转化成电信号 选项D错误 只有选项B正确 6 如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图 其中R1为光敏电阻 R2为定值电阻 此光电计数器的基本工作原理是 A 当有光照射R1时 信号处理系统获得高电压B 当有光照射R1时 信号处理系统获得低电压C 信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D 信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 答案 AC解析 R1为光敏电阻 当有光照射时 R1的阻值变小 电路中电流变大 R2上的电压变大 信号处理系统获得高电压 由题意知 当传送带上的物体挡住光时 信号处理系统获得低电压 并计数一次 这种电压高低交替变化的信号转化为相应的数字 实现自动计数的功能 故A C选项正确
