课时35传感器\n考点一 传感器的工作原理►基础梳理◄1．传感器的定义：传感器(sensor)在现代技术中是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并且能够把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量．\n2．传感器的原理：传感器感受到的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号非常微弱，通常经过放大后再送给控制系统产生各种控制动作．\n3．传感器的分类：常用的分类方法有两个．(1)按输入量分类，如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时，相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器．(2)按传感器的工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等．\n4．传感器的元件：制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等．\n考点二 传感器的应用►基础梳理◄1．力传感器的应用，如电子秤；2．声传感器的应用，如话筒；3．温度传感器的应用，如电熨斗、电饭锅、测温仪；4．光传感器的应用，如火灾报警器、自动计数器、机械式鼠标．\n►疑难详析◄常用的电容式传感器1．角度的电容式传感器，原理是当旋转动片时，电容器两个彼此绝缘的金属板的正对面积发生变化，从而引起电容发生变化．如图1(甲)所示．2．液体的电容式传感器，原理是导电液体相当于电容器的一个极板，当液体的深度发生变化时，相当于两个极板的正对面积发生变化，从而电容发生变化．如图1(乙)所示．\n3．位移的电容式传感器，原理是当电解质板插入两金属极板间不同的距离时，随着电解质板位移的变化，电容随之变化．如图1(丙)所示．4．压力的电容式传感器，原理是当作用在一个电极上的压力改变时，金属片的形状发生变化，两金属板的距离发生变化，电容随之改变．如图1(丁)所示．\n图1\n考点三 传感器的应用实验►基础梳理◄1．实验目的：(1)体会传感器在实际中的应用(2)了解斯密特触发器的工作特点，能够分析光控电路和温控电路的工作原理．\n2．实验原理：(一)光控开关(如图2所示)：白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值(1.6V)，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的．R1的阻值调高，路灯会在更暗时亮．\n图3图2\n(二)温度报警器(如图3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，无电流通过峰鸣器，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的阻值越小，则报警温度越高．\n3．实验器材：斯密特触发器、光敏电阻、发光二极管(LED)、可变电阻、定值电阻、热敏电阻、蜂鸣器、集成电路实验板．\n4．实验步骤实验(一)：光控开关(1)先把光敏电阻、发光二极管等电路元件按电路图接好(见原理图4)；(2)调节可变电阻，使发光二极管(LED)不发光，然后减小照射到光敏电阻的光量，观察发光二极管发光的情况；(3)调节可变电阻R1，探究使LED发光的规律．\n实验(二)：温度报警器(1)先把热敏电阻、蜂鸣器等电路元件按电路图接好(参照图4中光控开关的原理图)；图4\n(2)调节可变电阻，使蜂鸣器不发声，然后用热水使热敏电阻的温度上升，达一定温度后就会发出警报声；(3)调节可变电阻R1的阻值，观查报警温度的变化．\n5．实验注意点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工作电路．\n[例1]压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图5(a)所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动的过程中，电流表示数如图5(b)所示，下列判断正确的是()\n图5\nA．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动\n[解析]从I－t图象可知，在t1到t2时间内，电流逐渐增加，说明电阻逐渐减小，小球对压敏电阻的作用力逐渐变大，小车做加速度增大的加速运动，AB不正确．在t2到t3时间内，电流较大且恒定，说明电阻较小，且是一确定的值，小球对压敏电阻的作用力恒定，小车做匀加速直线运动，D正确．[答案]D\n题后反思：注意不要把电流变化的规律与速度变化规律简单对应起来，认为电流恒定则速度恒定，电流均匀变化则速度均匀变化．其实，题干清楚说明了压敏电阻的阻值变化的规律：压敏电阻随所受压力F的增大而减小．即如果压敏电阻受到恒定的压力，则电阻恒定，电流也恒定，这时物体做匀变速运动；如果压敏电阻受到变大的压力，则电阻变小，电流变大，这时物体做变加速运动．可见，认真读题是很重要的．\n如图6所示，实线是某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向运动时，数据采集器记录下的力传感器中拉力的大小变化情况．从图中可知道该钩码的重力约为______N，A、B、C、D四段图线中钩码处于超重状态的为________，处于失重状态的为_______．图6\n解析：拉力大小不变时，力传感器悬挂的钩码在竖直方向上做匀速运动，拉力大小等于重力，约10N；力传感器的读数大于重力时，钩码处于超重状态，即A、D状态；当力传感器的读数小于重力时，钩码处于失重状态，即B、C状态．答案：10NA、DB、C\n题型二 温度传感器[例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7所示，试设计一个温控电路．要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程．图7\n[解析]热敏电阻R1与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．[答案](1)电路图如图8所示．图8\n(2)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，热敏电阻阻值减小到某值，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．\n题后反思：温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．\n电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，它们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同．如图9为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S.图9\n(1)当自动开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？(2)用电器由照明电路供电(U＝220V)，设加热时用电器的电功率为400W，保温时用电器的电功率为40W，则R1和R2分别为多大？\n\n答案：(1)S闭合时为加热状态，S断开为保温状态(2)R1＝121ΩR2＝1089Ω\n题型三 光传感器[例3]如图10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()图10\nA．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大B．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率减小C．当滑动触头向右移动时，L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率不变\n[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\n题后反思：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，随着光能的增强，载流子也增多，导电性变好．\n如图11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()图11\nA．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记数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次答案：AC\n1．当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值___(填“变大”“不变”或“变小”)．半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随________变化而改变的特性制成的解析：光敏电阻阻值在光照射下会突然减小，同样，半导体热敏电阻的电阻率随温度的变化而改变．答案：变小 温度\n2．2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”．基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其他电阻应用的说法中，错误的是()A．热敏电阻可应用于温度测控装置中B．光敏电阻是一种光电传感器C．电阻丝可应用于电热设备中D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用\n解析：温度测控装置是应用热敏电阻的阻值随温度的改变而改变的特性，光电传感器是利用光敏电阻的阻值随光照强度的改变而改变的特性．电热设备是利用电阻丝通电时发热的特性，所以A、B、C说法都是正确的．而电阻在电路中既能通过直流也能通过交流，所以D项的说法是错误的．答案：D\n3．图12(1)是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化．若Q随时间t的变化关系为Q＝(a、b为大于零的常数)，其图象如图12(2)所示，那么图12(3)、图12(4)中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是()A．①和③B．①和④C．②和③D．②和④\n图12\n答案：C\n4．如图13所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发生的光呈现高电阻状态，发生火灾时，下列说法正确的是()图13\nA．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．发生火灾时，光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D．以上说法均不正确\n解析：由报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在三极管上电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对．答案：C\n5．某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性，现有器材：直流恒流电源(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的阻值随温度变化的特性，请你在图14中的实物图上连线．\n图14\n(2)实验的主要步骤：①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；②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；③重复第②步操作若干次，测得多组数据．\n(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得如图13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(Ω)(保留3位有效数字)\n解析：改变温度后，热敏电阻阻值改变，电压表示数改变，从图线知R与t成线性关系，且纵轴上截距(当t＝0℃时)R＝100Ω.斜率为ΔR/Δt＝0.395，所以R＝100＋0.395t(Ω)．答案：(1)实物连线图如图15(2)记录温度计数值 记录电压表数值(3)1000.395\n图15\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全
