传感器及其工作原理

1、第六章传感器第一节传感器及其工作原理【知能准备】传感器：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等 量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。传感器一般由敏感元件和输出部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。常见的传感器有： 、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。常见传感器元件：（1）光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，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，导电性能变好，光敏电阻能够

2、把 这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。（2）金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而，用金属丝可以制作 。它能把这个热学量转换为这个电学量。热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而 或。与热敏电阻相比，金属热电阻的范围，但较差。（3） 电容式位移传感器能够把物体的 这个力学量转换为这个电学量。（4） 霍尔元件能够把 这个磁学量转换为电压这个电学量【同步导学】、疑难分析1 光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照射时，载流子极少，导电性能能不好；随着光照的增强，载流子 增多，导电性能变好，即光敏电阻值随光照增强而减小。光敏电阻能够把光照强弱这个光学

3、量转换为电阻大小这个电 学量。1为某一热敏电阻-温度特性2热敏电阻：用半导体材料制成，其电阻随温度变化明显，温度升高电阻减小，如图图一1曲线。热敏电阻的灵敏度较好。3金属热电阻：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作温度传感器。金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大。4.霍尔元件：如图一2所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极C、D、E、F,就制成为一个霍尔元件。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。UhkIB霍尔电压:其中k为比例系数，称为霍尔系数,其大小与薄片的材料有关。一个霍尔元件的厚度d、比例系数k为定值，再保持I恒定，则电压UH的变化就与B

4、成正比，因此,霍尔元件又称磁敏元件。二、方法点拨UHq - qvBI则： L2根据电流的微观解释1 = nqsv ,霍尔效应的原理：外部磁场使运动的载流子受到洛仑兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另 一种电荷，从而形成横向的电场；横向电场对电子施加与洛仑兹力相反的静电力，当静电力与洛仑兹力达到平衡时，IB1Uhk整理后，得:nqd令nq ，因为n为材料单位体积的带电粒子个数，q为单个带电粒子的电荷IBUhk量，它们均为常数，所以有：d导体板两侧会形成稳定的电压设图中CD方向长度为L2,三、典型例题：例1.如图一3所示，将万用表的选择开关置于 欧姆”挡，再将电表的两支表笔与一

5、热敏电阻 Rt的两端相连，这时表针 恰好指在刻度盘的正中间。若往 Rt上擦一些酒精，表针将向 （填 左”或 右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向 （填 左”或 右”）移动。解析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热， 热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏; 用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏。左，右。例2 传感器是一种采集信息的重要器件。如图-4所示是一种测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，弓I起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（囲定电极电容将减小电容将

6、增大F发生变化F不发生变化A. 当F向上压膜片电极时，B. 当F向上压膜片电极时，C. 若电流计有示数，则压力D. 若电流计有示数，则压力解析：当F向上压膜片电极时，电容器的电容将增大，电流计有示数，则压力F发生了变化。答案：BC例3如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为 d，高为b,有一磁感应强度为 B的匀强磁场垂直于纸面 向里，金属块单位体积内的自由电子数为 n,试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？ （此题描述的是著名 的霍尔效应现象）解析：因为自由电荷为电子，故由左手定则可判断电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多余的正电荷，故下 表面电势高，设其稳定电压为 U。

7、当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即q b =qvBBI又因为导体中的电流1= neSv= nev bd 故U= nedBI答案：下表面电势高 电势差为ned例4 如图一6所示是彩色电视接收机的消磁电路示意图，R是金属热敏电阻（温度升高，电阻增大；温度降低后电阻减小），L是消磁线圈，试说明此电路的工作过程。解析：打开彩色电视接收机的时候，消磁电路同时接通，热敏电阻温度低，处于冷状态，其电阻值很小，又由于消磁 线圈电阻值也很小，所以有很大的电流通过消磁线圈，这个大电流产生很强的磁场作用于显像管上，达到给显像管消 磁的目的。对显像管的消磁过程时间很短，因此完成消磁后必须切断消磁线圈的电流，电压

8、不能加在消磁线圈上，这一过程产生的电功率很大，使热敏电阻的温度升高，导致热敏电阻的阻值很大，在热敏电阻上产生的电功率减小，使 热敏电阻（后来随着热敏电阻的温度降低，其电阻值减小，但是这时消磁线圈的电压不再加上，是由热敏电阻内部的 装置控制的）的阻值减小。同步检测：1. 简单的说，光敏电阻就是一个简单的 传感器，热敏电阻就是一个简单的 传感器。2. 为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路的相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为 传感器，它输入的是 信号，经传感器转换后，输出的是信号。3. 如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层

9、绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液 构成电容品的两极，把这两极接入外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度A. h增大C. h不变4. 如图所示，h变化为（B. h减小D.无法确定R1为定值电阻，R2为热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（A. R1两端的电压增大B. 电流表的示数增大C. 小灯泡的亮度变强D. 小灯泡的亮度变弱第4题5.如图所示，为一种测定角度的传感器，当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度发生变化时，试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。综合评价：1 关于光敏电阻，下列说法正确的是（）A. 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量

10、B. 硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，C. 硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，D. 半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，2 霍尔元件能转换哪两个量（）A. 把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B. 把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C. 把力转换为电压这个电学量D. 把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量3 如图所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化（A.电介质进入极板的长度B.两极板间距C.两极板正对面积 D.极板所带电量4 如图所示，R1、R2为定值电阻，L是小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时，A. 电压表的示数增大B. R2中电流

11、减小C. 小灯泡的功率增大D. 电路的路端电压增大载流子极少，导电性能不好 载流子较少，导电性能良好 载流子增多，导电性能变好电介质R3R4R1R25.如图所示，R3是光敏电阻，当开关S闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻R3时， 则（ ）A.R3的电阻变小，a点电势高于b点电势 B.R3的电阻变小，a点电势低于b点电势C.R3的电阻变小，a点电势等于b点电势 D.R3的电阻变大，a点电势低于b点电势6有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是（）A. 金属导体B.绝缘体C.半导体D.超导体 7如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。现把杯中的水由冷水变为热水，

12、关于欧姆表的读数变化情况正确的是（ ）A. 如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B. 如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C. 如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显D. 如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显8如图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件 d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证 UH随B的变化情况。以下说法中正确的是（）A. 将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大B. 在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C. 在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保

13、持水平D. 改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化9.如图所示宽度为 d,厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流 I通过金属板时，在金属板上侧面 A和下侧面间产生电势差，这种现象叫霍尔效应，若金属板内自由电子密度为n,则产生的电势差 U参考答案：知能准备1.非电学量，电学，增大，温度传感器，温度，电阻, 同步检测：1.光电热电 综合评价：A/电压、电流，光学传感器、热学传感器、色标传感器, 4）磁感强度。3 . A 4. C（3）位移，电容，2.声控声音电加速度传感器,2. ( 1)光照强弱,(2)5.角度增大，正对面积减小，电容器电容变小1、ABD 2、

14、B 3、A 4、ABC5、A 6、C 7、C 8、ABD 9、BIned第二节 传感器的应用（一）【知能准备】一、力传感器的应用一电子秤1. 电子秤理有 片、电压放大器、模数转换器微处理器和数字显示器等器件。电阻应变片受到力的作用时，它的 会发生变化，把应变片放在合适的电路中，他能够把物体 这个力学量转换为这个电学量，因而电子秤是 的应用。2. 工作原理：如图-1所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻 ，下表面应变片的电阻变小。 F越大，弯曲形变，应变片的阻值变化就越大。如果让应变片中通过的

15、电流保持恒定，那末上面应变片两端的电压变大，下面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。外力越大，输出的电压差值也就。图一1二、声传感器的应用话筒仁话筒是一种常用的 ，其作用是把 转换成。话筒分为 ,，等几种2电容式话筒：原理：是绝缘支架，薄金属膜和固定电极形成一个电容器，被直流电源充电。当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压。3. 驻极体话筒：它的特点是 , , , 。其工作原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是 .三、温度传感器的应用一电熨斗1 在电熨斗中，装有双金属片温度传感器，其作用是 ，当温度发生变化时，双

16、金属片的 不同，从而能控制电路的通断。2. 电熨斗的自动控温原理：常温下，上、下触点是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀，下部金属膨胀，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电源，从而保持温度不变。L-iM:NR到放J大1-1.器QE=250V电容式话筒原理和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电。当R两端就输出了与声音变化规律相同的电压。3所示，其作用是控制电路的通断。常温下，上、下止加热，温度降低 加热，这样循环进二、方法点拨 传感器应用的图一2【同步导学】一、疑难分析1 电容式话筒：原理如图 2所示，Q

17、是绝缘支架，薄金属膜 M 声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻2电熨斗的自动控温原理：内部装有双金属片温度传感器，如图-触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，双金属片向 下弯曲，使触电分离，从而切断电源，停 后，双金属片又恢复原状，重新接通电路行，起到自动控制温度的作用。三、典型例题：例1 用如图-4所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个有力敏电阻组成的压力传感器。用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动,两弹簧的另一端分别压

18、在传感器a、b上其压力大小可以直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器 b在前，a在后。汽车静止时，传感器 a、b的示数均为10N (取g=10m/s2)(1) 若传感器a示数为14N, b的示数为6.0N，求此时汽车的加速度和方向？(2) 当汽车有怎样的加速度运动时，传感器 a的示数为零？V解析：(1)如图一5所示左侧弹簧对滑块向右的推力F1 = 14N,右侧弹簧对滑块的向左的推力F2 = 6.ON，滑块所受合力产生加速度al,由牛顿第二定律得：Fl F2=ma1，所以a1=4m/s2。同方向，(向右) 传感器a的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力 Fl = 0所以右

19、测弹簧的弹力变为F2 = 20N,由牛顿第二定律有:F2 =ma2，所以 a2 = 10m/s2。方向向左。例2动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图-6甲所式是话筒原理，图- 6乙所式是录音机的录音、放音原理图，由图可知：曲I*图一6甲 话筒工作时录音磁铁不动，线圈振动而产生感应电流 录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流 录音机放音时线圈中变化了的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场 录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场 其中正确的是：A. B.C.D.图一6乙解析：话筒的工作原理是，声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流， 正确。录音时，话筒产生

20、的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场， 正确。磁带在放音时通过变化的磁场使放音磁头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，正确。答案：C例3 .设计制作一个温度自动控制装置(温控报警器)：自己设计一个有热敏电阻作为传感器的简单自动控制试验。在图7中画出设计电路，并进行连接。解析：将由热敏电阻为主要元件的温控电路接入左侧接线柱，报警器接右侧接线柱。*，磁軼同步检测：)D.红外线传感器)1、 电子秤使用的是(A.超声波传感器B.温度传感器 C.压力传感器2. 关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是：(A. 应变片是由导体材料制成B. 当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之

21、变小ttyC. 传感器输出的是应变片上的电压D. 外力越大，输出的电压差值也越大3 下列器件不是应用温度传感器的是：（）A.电熨斗B.话筒C.电饭锅D.测温仪4电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示，Q是绝缘支架，M是薄金属膜和固定电极 N形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，当膜片向右运动的过程中有：（）A.电容变大B.电容变小C.导线AB中有向左的电流D.导线AB中有向右的电流5.在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钠等半导体材料制成的电阻器，其电阻率P随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，

22、PTC元件具有发热、保温双重功能，对此， 通电后，其电功率先增大，后减小 通电后，其电功率先减小，后增大当其产生的热量与散发的热量相等时当其产生的热量与散发的热量相等时B.A.,温度保持在,温度保持在C.t1t1不变和t2之间的某一值不变D.6. 计算机键盘是由两片金属切片组成的小电容器，该电容器的电容可用公式C=sSd计算，式中& =9X4012, S为金属片的正对面积，d表示两金属片间距。 当键被按下时，此电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出那个键被按下了，从而给出相应的信号。设每个金属片的正对面积为50mm2，键未按下时的金属片间距为0.6mm。如果电容变化0.25pF，电

23、子线路恰能检测出必要的信号，则键至少需要被按下（）A. 0.15mm综合评价：B. 0.25mmC. 0.35mmD. 0.45mm1.唱卡拉OK用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属 线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是：A.该传感器是根据电流的磁效应工作的B. 该传感器是根据电磁感应原理工作的C.膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变2.图中电容式话筒右测固定不动的金属板D.膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动 b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀上金属层的振动膜器，a、 b分别

24、通过导线与恒定电源两极相接。声源s做位移X=Asin（200 n 的振动，则有:a构成一个电容（）A. a振动过程中a、 b板之间的电场强度不变B. a振动过程中话筒会产生电磁波C. 导线ac的电流的频率为1000HzD. a向右位移最大时a、b板形成的电流最大电容式话筒a b3.如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面渡有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U,人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在的电路中的其他量发生变化，使声音信号被话筒转化电信号，其中导致电容变化的原

25、因可能是电容两极板间的（）A.距离变化C.介质变化B.正对面积变化D.电压变化F巴L4. 磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为B2 / 2式中B是磁感应强度，卩是磁导率，在空气中为一已知常数，为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B, 一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P,再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离AL并测出拉力F,如图所示，因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得此感应强度B与F、 A之间的关系为B=.5如图所示，神州五号飞船发射升空时，火箭内测试仪台上放一个压力传感器，传感器上面压一质量为M的物体，火箭点火后从地面加速升空，

26、当升到某一高度时，加速度为a=g/2压力传感器此时显示出物体对平台的压力为点火前压力的17/16，已知地球的半径为 R, g为地面附近的重力加速度，试求此时火箭离地面的高度 .6. 如图是电熨斗温度自动控制装置。(1) 常温时，上、下触点应是分离 ，还是接触？(2) 双金属片温度升高时，那一层形变大？(3) 假设原来温度上升到 800C时，断开电源，现在要求600C时断开电源，应怎样调节调温旋钮？7. 某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力。(比例系数为 k)如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0,而后在其受压面上放一物体

27、 ，即可测得与物体的质量成正比的输出电压 U。现有下列器材：力电转换器，质量为m0的砝码，电压表，滑动变阻器，干电池各一个， 电键及到县若干，待测物体 (可置于力电转换器的受压面上 )。请完成对该物体质量的测量。(1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调， 并且使电压的调节范围尽可能大，在图中画处完整的测量电路图。(2)简要说明测量步骤，求出比例系数K,并测出待测物体的质量 m。参考答案：知能准备：一、1.应变，电阻，物体形变，力学传感器，2 .变大，越大，越大二、1.声传感器，声信号，电信号。动圈式话筒，电容式话筒，驻极体话筒，3. 体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高。内部驻极体塑料薄

28、膜。三、1.控制电阻的通断，弯曲方向不同。2.大，小。同步检测：1. C 2. BD 3. B 4.AC 5 D 6 D综合评价：1.B 2.BD 3.A 4. 2 F /A 5.R/3 6(1)常温时，上下触点接触，使电路接通，电热丝工作.(2).双金属片的上面 一层形变大.(3).应向上调节调温旋钮，双金属片受热时，易使触点分离.7 .解析(1)设计电路如图(2)测量步骤与结果：调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零，将砝码放在转换器上，记下输出电压U0,将待测物放在转换器上，记下输出电压U由 U0=km0g，得 k=U0/m0g U=k m g，所以 m=m0U/U0受压面E第三节传感器

29、的应用（二）【知能准备】 一温度传感器的应用 一一电饭锅 1电饭锅中的温度传感器主要元件是 ，它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但是上升到约103C时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的居里温度”或 居里点”。2 感温铁氧体是用和混合烧制而成的。二温度传感器的应用一一测温仪1 温度传感器可以把转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来。2测温仪中的测温元件可以是 、等，还可以是 等。三光传感器的应用一一鼠标器、火灾报警器1 机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接受管，两个红外接受管就是两个2有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带

30、孔的罩子内装有发光二极管LED光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管收不到 LED发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。【同步导学】一、疑难分析1.电饭锅的工作原理开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸引，手松开后，按钮不再恢复到初始状态，则触点接通， 电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持1000c不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水份被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点1030c ”时感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切

31、断电源，从而停止加热。2 机械式鼠标器的工作原理鼠标器移动时，滚球运动通过轴带动两个码盘转动，红外线接受管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的脉冲信号， 计算机分别统计x、y两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。挡板造 图_ 13. 火灾报警器的工作原理：如图一1所示带孔的罩子内装有发光二极管LED光电三极管和不透明的挡板。平时，光电三极管收不到 LED发出的光，呈现高电阻状态，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电 路检测出这种变化后，就会发出警报。二、典型例题例1.电饭煲的工作原理如图- 2所示，可分为两部分，即控制部分：由

32、S2、R1和黄灯组成，工作（加热）部分；有发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点（103C）时，自动断开，且不能自动复位，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70C80C时，自动断开，低于70C时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70C，所以S2是 （填断开或闭合）。接通电源并按下 S1后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温度达到70C 80 C时，S2断开，当温度达到 103 C时饭熟，S1断开，当温度降到70C以下时，S2闭合，电饭煲处于保温 状态，由以上描述可知 R2

33、, R3（填 R3,由于开关S1必须当温度达到103C时才自动断开，而水的沸点只有100 C ,所以用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开例2 如图一3所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为光源，B为光电接受器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被 B接受并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内的脉冲数为n,累计脉冲数为N,则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是;小车的速度表达式为V =;行程的表达式为 S=。解析：小车的速度等于车轮的周长与单位时内

34、车轮转动圈数的乘积，设车轮的半径为 R,单位时间内车轮转动圈数为 K,则有V= 2n RK若齿轮的齿数为 P,则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数为P,已知单位时间内的脉冲数为 n,所以单位时间内齿轮转动圈数为 n/p由于齿轮与车轮同轴相连，他们在单位时间内转动圈数相等，即k= n/p由以上可得 V=2 n R/op同理，设车轮转动的累计圈数为k,则有S= 2n RK且k= N/p所以S= 2n RN/p可见，要测出小车的速度和行程，除单位时间内的脉冲数n和累计脉冲数 N夕卜，还必须测出车轮半径 R和齿轮的齿数同步检测1测温仪使用的是（）A.光传感器B.红外线传感器C.温度传感器D.超声波传感器2

35、 下列器件是应用光传感器的是（）A.鼠标器B.火灾报警器C.测温仪D.电子称3 鼠标器使用的是（）A.压力传感器B.温度传感器C.光传感器 D.红外线传感器4. 关于电饭锅的说法正确的是（）A.电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁B.铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性C. 用电饭锅烧水，水开时能自动断电D.用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位5 应用温度传感器可以远距离读取温度的数值，这是把 转变为的一大优点。综合评价1.有一电学元件，温度升高时电阻增大，则这种元件可能是（）A.金属导体E.绝缘体 C.半导体D.超导体2如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小

36、灯泡,强），且R与LED相距不变，下列说法正确的是（）R为光敏电阻，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越A. 当滑动触头B. 当滑动触头C. 当滑动触头P向左移动时,P向左移动时,P向右移动时,L消耗的功率增大L消耗的功率减小L消耗的功率可能不变D.无论怎样移动触头P, L消耗的功率都不变3.如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时（）A.电压表的示数减小B. R2中的电流强度减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压升高4. 下面元件不属于温度传感器的是（）A.电熨斗 B.电饭锅C.测温仪D.鼠标器5. 用遥控器调换电视频道的过程, A.红外报警装置

37、C.自动洗衣机中的压力传感装置6. 火灾报警器使用的是（）A.光传感器B.温度传感器实际上就是传感器把光信号转化成电信号的过程,B.走廊照明灯的声控装置D.电饭煲中控制加热和保温的温控器C.红外线传感器D.超声波传感器F列属于这类传感器的是（）Rg的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘 左”或 右”)转动，若用手电筒光照射Rg,7. 将万用表的选择开关置于欧姆档，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻 的中央，若用不透光的黑纸将 Rg包裹起来，表针将向 (填表针将向 (填左”或右”)转动。8请用仪器：热敏电阻，学生电源，继电器，滑动变阻器，开关，导线等设计一个由温度控制小灯泡发亮的电路。9如图所示是电饭

38、煲的电路图， 开。S2是一个自动控温开关， 黄灯是保温时的指示灯。分流电阻(1)(2)(3)S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103 C)时，会自动断当温度低于70C时会自动闭合；温度高于80C时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，R1 = R2= 500Q,计算加热电阻丝 R3= 500,两灯电阻不计。分析电饭煲的工作原理。 计算加热和保温两种状态下, 简要回答，如果不闭合开关电饭煲消耗的电功率之比。S1,能将饭煮熟吗？10.如图所示甲为在温度为 10C左右的环境中工作的自动恒温箱简图，箱内电阻R1= 20k 0, R2= 10k Q R3= 40 k ,R1为热敏电阻

39、，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab 0时，电压鉴别器使 S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在C。R1R2R31Rt甲5J.1f、i/、*1lK、t、第10题乙电醴参考答案知能准备：一、1感温铁氧体,三、1.光传感器2 .氧化锰、氧化锌和氧化铁二、温度,2热敏电阻、金属热电阻、热电偶,S2被吸下来，小灯泡发光，温度降低，磁性减弱，S2弹开，小灯泡熄灭，从而【同步检测】1、C2、【综合评价】1、A2、&设计图如图，闭合AB3、C 4、BDA3、BC 4、D5、AS1后，有电流通过继电器，但减小，继电器产生的磁场显著增大， 达到由温度控制灯炮的亮和灭。5、非电学量电学量6、

40、AB7、左右R1较大，继电器产生的磁场较弱，当R1的温度升高，电阻&R1- 】U嚥Bl电阻吕1耽I Ml一/9、(1)见例1(2)加热时电饭煲消耗的电功率U2/R并，保温时电饭煲消耗的电功率为U2/( R1+ R并)，R并=R2R3/(R2 + R3)= 500X 5/( 500 + 50)= 500/ 11Q从而有 pl /p2 =( R1 + R并)/ R并=(500 + 500/11) -(500/11)= 12/1(3) 如果不闭合开关 S1,开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为 P1,当温度上升到80 C时，自动断开，功率降为 P2,温度降低到70C , S2自动闭合。温度只能在

41、70C 80 C之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭。10、35C解析：设电路路端电压为U,当Uab = 0时，有 UR1/( R1+ R2)= UR3/( R3 + Rt)解得Rt= 20k Q由图乙可知，当 Rt= 20k Q时，t = 35C第四节传感器的应用实例知能准备：1 普通二极管和发光二极管()二极管具有 导电性。(2)发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能 。普通的发光二极管是用磷化镓和磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能。该类发光二极管的正向导通电压大于1.8v.2 晶体三极管(1) 晶体三极管能够把微弱的信号 。晶体三极管的三极分别为发射极e.基极b和集电极c.

42、(2) 传感器输出的电流或电压很 ，用一个三极管可以放大几十倍以至上百倍。三极管的放大作用表现为基极b的电流对电极c的电流起了控制作用。3 逻辑电路(1)r曰疋疋对于与门电路，只要一个输入端输入为 0 ”；反之，只有当所有输入都同时为 (2)对于或门电路，只要有一个输入 时”输出才是二则输出端一输出才是1”。,则输出一定是(3) 非门电路中，当输入为当输入为“1 ”时，输出反而是(4) 斯密特触发器是具有特殊功能的非门。0 ”。%”时，输出总是“_”“”。非门电路也称为反相器。【同步导学】-、疑点分析1 光控开关的工作原理如图一1所示光控电路，白天，光强度较大，光敏电阻RG的电阻值较小，加在斯

43、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电阻值增大到一定值，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。要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大一些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值(如 1.6v),就需要RG的阻值达到更大，即天色更暗。2 温度报警器常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端 鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小,Y由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出

44、报警声， 高温度时才报警，应减小 R1的阻值，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 斯密特触发器输入端 A的电势升高，当达到某一值时，其输出端 R1的温度不同，则报警温度不同。要使热敏电阻在感测到更R1阻值越小，要使斯密特触发器输入端达 其温度越高。试分析其工作原理。R 1的最大电阻为 51k , R 2为330k,+5VR1解析：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

45、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。例2:温度报警器电路如图 4所示，请说明其工作原理。解析：常温下，调整R 1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），其输出同步检测:器 F 嗚 +5V蜂 rh端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，r i的阻值不同，则报警温度不同T。41 可以用型号为 74LS14的非门集成电路，发光二极管和限流电阻来组成一个逻辑电平检测器，电路如图所示。使

46、用4SV3300时，将检测器的输入端A接到被测点。请分析：当被测点为高电平时，LED是否发光？低电平时呢？说出道理。2 随着人们生活质量的提高，自动干手机已进入家庭洗手间，当人将湿手靠近干手机时，机内的传感器便驱动电热 器加热，于是有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，这是因为（）A. 改变了湿度B.改变了温度C.改变了磁场D.改变了电容综合评价：1.大多楼道灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应。 控制电路中接入了哪几种传感器？这几种传感器来的信号，应通过哪几种门电路后，再进入执行电路？2 .当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电

47、路制在一起的磁传感器，它有以下两种。（1 ）一种是 线性”的。它是将霍尔元件和放大器集成在一个芯片内，其输出的电压与感受到的磁感应强度成正比地连续 变化。请你提出一种方案，利用它来测量电流的大小。(2 )另一种叫做 开关型”的，当磁场到一定程度时它才会输出高电平，而在磁场弱到一定程度时输出低电平 (或者相反)，也就是说，它只能在高、低电平之间跃变。请你提出一种方案，禾U用它来测量物体的转速。3 要使例题1中路灯在天更暗时才会亮，应该怎样调节R1的阻值？并说明原理。4要使例题2中的热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应怎样调节R1的阻值？并说明原理。参考答案：知能准备：1. (1)单向导电性，(

48、2)发光；2 (1)放大，(2)微弱；3 (1) 0, 1; (2) 1, 0; ( 3) 1 , 0。 同步检测：1 当被测点为高电平时，斯密特触发器输入端A为高电平，则输出端Y为低电平，故LED发光；当被测点为低电平时，A即为低电平，则输出端Y为高电平，LED不发光。2.A综合评价：1答：(1) 接入了两种传感器：光传感器(通常用的是光敏电阻)；声传感器(通常用的是微型驻极体话筒)。(2) 因为点亮楼道灯需要同时具备两个条件，即足够暗的光照和足够大的声音，所以要使用与门。2答：(1)设计方案如右图所示。在C形软铁芯1上绕制线圈2,霍尔传感器3置入铁芯的间隙中，并与数字毫伏表4 相连。线圈中

49、通入的待测电流I越强，铁芯间隙中的磁场强度就越大，则传感器输出的电压越大。(2)设计方案如图所示。转动物体1的边缘上嵌入一个小永磁体2,霍尔传感器3固定在近旁，并在计数电路和显 示屏4相连。物体每转动一周，传感器就输出一个电压脉冲，计数显示的数字就增加1。配合秒表测出在时间t内转动的周数n,就可以计算出转速。3. 答：要使在天更暗时路灯才会亮， 应该把R 1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值(如1.6v),就需要R G的阻值达到更大，即天色更暗。4答：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小R1的阻值，R 1阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻

50、值要求越小，即温度越高。第六章传感器单元测试卷一、选择题1 利用半导体可以制成：()A.标准电阻E.热敏电阻C.光敏电阻D.晶体管2 .下列说法不正确的是：()A.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E.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断C. 电子秤所使用的测力装置是力传感器D. 热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量3 下列方法有可能使半导体材料的电阻率减小的是：()A.升高半导体的温度E.用光来照射半导体C.在半导体中加入微量其他杂质C.以上情况都不可能4. 有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只援建，将这三只元件

51、分别接入如图所示的电路中的 住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是：A.入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻E. 置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C. 用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D. 用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻A、B两点后，用黑纸包( )5如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁将衔铁吸下，将C线路接通，当S1断开时，由于电磁作用，D 将延迟一段时间才被释放，则：()A.由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用E. 由于E线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用C. 如果断开E线圈的开关S2,无延时作用D. 如果断开E线圈的开关S2,延时将变长A. 01= 0B. 01V0C. 010 D.不能确定7.演示位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆P,通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小 x假设电压表是理想的，则下列说法正确的是:A. 物体M运动时，电源内的电流会发生变化B. 物体M运动时，电压表的示数会发生变化C. 物