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1、3实验实验:传感器的应用传感器的应用一、实验目的1.了解光控开关和温度报警器的工作原理。2.练习用传感器制作自动控制设备。二、实验原理1.光控开关电路分析(1)电路如图所示(2)斯密特触发器实质是一个具有特殊功能的非门,当A端电势高于1.6V时,Y端会输出0.25V的低电势,当A端电势低于0.8V时,Y端会输出3.4V的高电势。(3)电路分析电磁继电器的工作原理由于集成电路允许通过的电流较小,要用白炽灯泡模仿路灯,就要使用继电器来启闭另外的供电电路。如图所示,图中虚线框内即为电磁继电器J,D为动触点,E为静触点。当线圈A中通电时,铁芯中产生磁场,吸引衔铁B向下运动,从而带动动触点D向下与静触点
2、E接触,将工作电路接通,当线圈A中电流为零时,电磁铁失去磁性,衔铁B在弹簧作用下被拉起,动触点D与静触点E分离,自动切断工作电路。控制电路的原理天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电势较低,则输出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻RG电阻增大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通过线圈A,电磁继电器工作,接通工作电路,使路灯自动开启;天明后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈A中不再有电流,电磁继电器自动切断工作电路的电源,路灯熄灭。2.
3、温度报警器电路分析电路如图所示。常温下,调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平,则输出端Y处于高电平,无电流通过蜂鸣器,蜂鸣器不发声;当温度升高时,热敏电阻RT阻值减小,斯密特触发器输入端A电势升高,当达到某一值(高电平),其输出端由高电平跳到低电平,蜂鸣器通电,从而发出报警声,R1的阻值不同,则报警温度不同。三、实验器材1.光控开关实验:斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6V,0.3A)、可变电阻R1(最大阻值51k)、电阻R2(330)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、黑纸。2.温度报警器实验:斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大
4、阻值1k)、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、烧杯(盛有热水)。四、实验步骤1.光控开关实验步骤(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。(2)检查各元件的连接,确保无误。(3)接通电源,调节电阻R1,使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。(4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻,观察发光二极管或灯泡的状态。(5)逐渐撤掉黑纸,观察发光二极管或灯泡的状态。2.温度报警器实验步骤(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。(2)检查各元件的连接,确保无误。(3)接通电源,调节电阻R1,使蜂鸣器常温下不发声。(4)用热水使热敏电阻的温度升高,注意蜂鸣器是否发声。(5)将热敏电阻从热水中取
5、出,注意蜂鸣器是否发声。【注意事项】1.光控开关实验(1)安装前对器材进行测试,确保各元件性能良好后,再进行安装。(2)二极管连入电路时,极性不能反接,否则继电器不能正常工作。(3)要想天暗时路灯才会亮,应该把R1的阻值调大些。2.温度报警器实验(1)安装前对器材进行测试,确保各元件性能良好后,再进行安装。(2)要使热敏电阻在较低的温度时报警应增大R1的阻值。一、实验原理的分析【例题1】如图所示,低压控制电路操纵路灯工作的电路,试分析其工作原理。答案:天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电势较低,则输出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻RG电阻增大,
6、斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通过线圈A,电磁继电器工作,接通工作电路,使路灯自动开启;天明后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈A不再有电流,电磁继电器自动切断工作电路的电源,路灯熄灭。归纳总结斯密特触发器是具有特殊功能的非门,常用符号表示;在逻辑电路中,经常把电势的高低叫“电平”的高低,“输出低电平”的意思是,输出端处于低电势的状态。二、电磁继电器与自动控制【例题2】现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。如图所示,试设计一个温控电路。要求温度低
7、于某一温度时,电炉丝自动通电供热,超过某一温度时,又可以自动断电,画出电路图并说明工作过程。解析:电路图如图所示。工作过程:闭合S,当温度低于设计值时热敏电阻阻值大,通过电磁继电器的电流不能使它工作,K接通电炉丝加热,当温度达到设计值时,热敏电阻减小到某值,通过电磁继电器的电流达到工作电流,K断开,电炉丝断电,停止供热。当温度低于设计值,又重复前述过程。答案:见解析归纳总结设计自动控制电路时,一般按照以下的思路进行(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成;工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电
8、器)、导线等组成。这两个电路相互独立,又通过电磁继电器相关联,电磁继电器实际上是工作电路的开关。(2)分析自控电路的合理性电路设计完成后,要对它的合理性进行分析,用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热,检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。例如,自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路,使路灯熄灭,晚上接通工作电路,使路灯发光。1231.(自动控制电路的分析与设计)如图所示,某小型电磁继电器,其中L为含铁芯的线圈。P为可绕O点转动的铁片,K为弹簧,S为一对触头,A、B、C、D为四个接线柱。电磁继电器与传感器配合,可完成自动控制的要求,其工作方式是()A.A与B接信号电压,C与D跟被控电路串联B.
9、A与B接信号电压,C与D跟被控电路并联C.C与D接信号电压,A与B跟被控电路串联D.C与D接信号电压,A与B跟被控电路并联解析:A、B接电磁继电器的线圈,所以A、B应接信号电压,线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放,从而使C、D接通或断开,进而起到控制作用,故正确答案为A。答案:A451232.(多选)(温度报警器电路分析)温度报警器的电路示意图如图所示,下面对此电路的分析正确的是()A.当RT的温度升高时,其阻值减小,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声B.当RT的温度升高时,其阻值减小,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声C.当增大R1时,A端电势升高,Y端电势
10、降低,蜂鸣器会发出报警声D.当增大R1时,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声答案:BC451233.(多选)(自动控制电路的分析与设计)如图所示,全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的,当进行排水和脱水工序时,控制铁芯1的线圈通电,使铁芯2运动,从而牵引排水阀的阀门排除污水。以下说法中正确的是()A.若输入的控制电流由a流入,由b流出,则铁芯2中A端为N极,B端为S极B.若输入的控制电流由a流入,由b流出,则铁芯2中A端为S极,B端为N极C.若a、b处输入交变电流,铁芯2不能被吸入线圈中D.若a、b处输入交变电流,铁芯2仍能被吸入线圈中答案:AD45452314.(自动控
11、制电路的分析与设计)如图所示,自动水位报警的示意图,其中继电器的线圈通过电流时,磁铁吸引衔铁1,使它与触头3断开,与触头2接触。若要求水位正常时绿灯亮,高出一定水位时红灯亮,现有红、绿灯泡各一个,红灯泡应安在位置,绿灯泡应安在位置。(均选填“A”或“B”)45231解析:水位正常时,线圈中没有电流,衔铁1与触头3接触,这时应绿灯亮,所以绿灯泡应安在A位置,当高出一定水位时,线圈中有电流,磁铁吸引衔铁1,使它与触头3断开,与触头2接触,这时应红灯亮,所以红灯泡应安在B位置。答案:BA452315.(光控开关电路分析与设计)光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用,其中就可用于街道路灯的自动控制开关,如图所示为模拟电路,其中A为光敏电阻,B为电磁继电器,C为照明电路,D为路灯,请连成正确的电路,达到日出灯熄、日落灯亮的效果。45231解析:电路连接如图所示。当天亮时,光线照射光敏电阻A,其阻值迅速减小,控制回路电流增大,电磁继电器B工作,吸下衔铁使触点断开,路灯熄灭。当夜晚降临,光线变暗,光敏电阻A的阻值增大,控制回路电流减小,弹簧将衔铁拉起,触点接通,路灯点亮。答案:见解析图
