传感器的原理及应用

1、第四模块 第十章 第三单元一、选择题1在街旁的路灯，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，白天电阻小答案：B2传感器是一种采集信息的重要器件，如图17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，可使膜片发生形变，引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()图17A当F向上压膜片电极时，电容将减小B当F向上压膜片电极时，电容将增大C若电流计有示数，则压力F发生

2、变化D若电流计有示数，则压力F不发生变化解析：当待测压力作用于可动膜片电极上时，可使膜片发生形变，从而引起电容的变化，当F向上压膜片电极时，相当于两极间距离减小，由C可知电容器电容变大；将电容器、灵敏电流计、电源串联组成闭合电路，如果有恒力F的作用，电容变大，电容器充满电之后，电流计中无示数，如果力F发生变化，电容器的电容不断变化，电源不断给电容器充电、放电， 电流计有示数，说明压力F发生变化答案：BC3一中学生为发射的“神舟七号”载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化为如图18所示连接在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动触头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘

3、中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值关于这个装置在“神舟七号”载人飞船发射、运行和回收过程中示数的判断正确的是()图18A飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数仍为正B飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数为负C飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零D飞船在圆轨道上运行时，电压表示数所对应的加速度大小应约为9.8 m/s2解析：该装置在地面上静止时，kxmg，指针指在表盘中央的零刻度处；飞船在加速上升的过程中，kx>mg，滑动头下移，此时，电压表的示数

4、为正；飞船在竖直减速返回地面的过程中，加速度方向向上，此时电压表示数仍为正，故A对B错；飞船在圆轨道上运行时，飞船中的物体处于完全失重状态，ag，弹簧恢复原长，电压表示数不为零，故C错D对答案：AD4图19所示的是某工厂成品包装车间的光传感记录器，光敏电阻R1能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光，光传感器B就输出一个电信号，并经信号处理器处理后在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图20所示若传送带保持匀加速运动，每个工件均相对传送带静止，且相邻工件间距依次为5、10、15、20(单位：cm)则下列说法正确的是(不计工件挡住的时间)()A工件的加速度为0.1 m/s2B工件的加速度

5、为0.2 m/s2C当无光照射R1时，光传感器就输出一次高电压D当无光照射R1时，光传感器就输出一次低电压解析：由xaT2得，a m/s20.2 m/s2，故A错B对当无光照射R1时，其阻值变大，R1两端电压升高，R2两端电压降低，故光传感器就输出一次低电压，C错D对答案：BD5图21是一火警报警器电路的示意图其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏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()AI变大，U变小 BI变小，U变大CI变小，U变小 DI变大，U变大解析

6、：当R3处出现火情时，其电阻增大，电路中的总电阻增大，总电流减小，路端电压增大，所以报警器两端的电压增大，其中电流表支路的电流也增大答案：D6(2010年广州毕业综合测试)如图22是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)经实际试验，灯的亮灭能反映门的开、关状态门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比()A红灯亮，UR2变大B绿灯亮，UR2变大C绿灯亮，UR2变小D红灯亮，UR2变小解析：门打开R3减小，导致R总减小和I总增加，Ur和UR1变大，UR2E(UR1Ur)减小，IR3I总

7、增加，电磁继电器磁性增强把衔铁拉下，红灯亮，绿灯灭，A错误，D正确答案：D7如图23是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，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，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的()A距离变化 B正对面积变化C介质变化 D电压变化解析：人对着话筒说话时，使振动膜前后振动，使电容器两极间距离变化，由C，可导致电容C变化答案：A8如图24所示为一测定液面高低的

8、传感器示意图，A为固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体，把传感器接到图示电路中，已知灵敏电流表指针偏转方向与电流方向相同如果发现指针正向右偏转，则导电液体的深度h变化为()Ah正在增大Bh正在减小Ch不变D无法确定解析：由电源极性及电流方向可知，A、B构成的电容器上的电荷量减小，据C，电容C在减小，可推知正对面积S减小，即h在减小答案：B9家用电热灭蚊器中电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由酞酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图25所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、控温两重功能，对此以下说法中正确的是()A通电后其功率先增大后减小B通电后其

9、功率先减小后增大C当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1到t2的某一值不变D当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变解析：根据PTC元件的电阻率随温度变化的曲线可知：在常温下，它的电阻是相当小的，通入电流以后，随着温度的升高，其电阻率先变小后增大，那么它的功率先变大，后变小，温度保持在t1到t2的某一值不变，这时候电路处于稳定状态，如果温度再升高，电阻率变大，导致电流变小，温度就会降下来；如果温度降低，电阻率减小，导致电流变大，温度就会升上去，所以本题正确答案为A、C.答案：AC二、计算、论述题10一热敏电阻阻值随温度变化的图象如图26甲所示，请应用这一热敏电阻自行

10、设计一控制电路，当温度高于某一值后红色指示灯亮，而温度低于这一值时绿色指示灯亮，并且说明滑动变阻器的作用给你的器材有：如图乙所示的继电器一只(a、b为常闭触点，c、d为常开触点)、热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿指示灯各一个、两个独立的电池组、开关两个、导线若干答案：设计的电路图如下图27所示图27此方案中滑动变阻器的作用：主要是通过调节满足对热敏电阻的要求11如图28示是电饭煲的电路图，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)时，会自动断开S2是一个自动控温开关，当温度低于70时，会自动闭合；温度高于80时，会自动断开红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯分流电

11、阻R1R2500 ，加热电阻丝R350 ，两灯电阻不计图28(1)分析电饭煲的工作原理(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比解析：(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态加热到80时，S2自动断开，S1仍闭合；水烧开后，温度升高到居里点103时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态由于散热，待温度降至70时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80时，S2又自动断开，再次处于保温状态(2)加热时电饭煲消耗的电功率P1，保温时电饭煲消耗的电功率P2，两式中R并 .从而有.答案：(1)略(2)

12、12112如图29所示是一种悬球式加速度仪，它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度，m是一个金属球，它系在金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在O点，AB是一根长为L的电阻丝，其电阻值为R.金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计，电阻丝的中点C焊接一根导线从O点也引出一根导线，两线之间接入一个电压表V(金属丝和导线电阻不计)；图中虚线OC与AB垂直，且OCh，电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中使AB沿着前进的方向，列车静止时金属丝呈竖直状态，当列车加速或减速前进时，金属丝将偏离竖直方向，从电压表的读数变化可以测出加速度的大小图29(1)当列车向右匀加速运动时，试写出加速度a与电压表读数U的关系式，以便重新刻制电压表表面使它成为直接可读出加速度数值的加速计(2)用此装置测得的最大加速度是多少？(3)为什么C点设置在电阻丝AB的中间？对电压表的选择有什么特殊要求？解析：(1)设列车加速度为a时悬挂小球的金属丝偏离竖直方向角，这时小球受到的合外力为Fmgtan，根据牛顿第二定律Fma得这时的加速度表达式为agtan，因为tan，将此式代入上式得ag·该式就是触点D的位移跟加速度的关系式从电路部分看，设此时电压表的读数为U，根据串联电路的电压与电阻成正比，对均匀电阻丝来说，应有电压与电阻丝长度成正比，即：DCl故ag上式中g、U、l、h都是常数，表明U与