传感器导学案

1、第六章一、力传感器的作用及原理传感器的应用力传感器可以用来测重力、压力、拉力等各种力，应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。1 .应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。2 .力传感器的应用一一电子秤图所示是一个应变式力传感器，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变大，下表面应变金屈架片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表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。力

2、F越大，输出的电压差值也就越大。【例题1】为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图所示是原理图。轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与Ri间的摩擦不计），弹簧劲度系数为100N/cm。定值电阻R0=50,ab是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R1=250,电源输出电压恒为U=3V,理想电流表的量程为00.6A.当拉环不受力时，滑片P处于a端。下列关于这个电路的说法正确的是（不计电源内阻）（）A.小明在电路中连入R。的目的是保护电路B.当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1AC.当拉力为400N时，电流表指针指在0.3A处D.当拉力为400N时，电流

3、表指针指在0.5A处二、温度传感器的工作原理温度传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，它能把温度这个热学量转换为电压这个电学量.如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机等）的温度控制器、火警报警器、恒温箱等.1 .双金属片温度传感器的工作原理：温度变化时，因双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同,双金属片发生弯曲从而控制电路的通断.2 .双金属片温度传感器在电熨斗中的应用：如图所示为电熨斗的构造，其中双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属。常温时，电熨斗的上、二调温旋即弹性铜片7升降，钉曾（绝绿支架触点'下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热.当温度过

4、高时双金属片膨胀，因上层的热膨胀系数较大，故上层膨胀的厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热；当温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热。3 .感温铁氧体在电饭煲中的应用:（1）电饭锅中温度传感器的主要元件为感温铁氧体.感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103C时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”或“居里点”.（2）用手按下开关按钮通电加热，开始煮饭，当锅内温度达到103C时，感温铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧弹开，从而推动杠杆使触点开关断心_如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内的温度保持在100C不变,低于“居里温度”

5、（103C）,电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103C才能自动断电，因此用电饭锅来烧水、煲汤不能实现自动控温。煮饭饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上升到“居里温度”磁体失去磁性，在弹簧作用下永磁铁与之分离，开关自动断开，且不能自动复位。（约103C）时,感温A.常温时上、下触点是接触的B.双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲C.原来温度控制在80c断开电源，现要求60C断开电源,应使调温旋钮下移一些弹性铜片乙二调温旋钮升降螺钉IZZ触点二戒金属片金属底板绝缘支架电热罐a【例题2】如图所示是自动调温式电熨斗，下列说法不正确的是（）【例题3】电饭锅的

6、结构如图所示，如果感温磁体的A.常温下感温磁体具有较强的磁性B.当温度超过103C时，感温磁体的磁性较强C.饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会达到关按钮会跳起D.常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到按钮就不会自动跳起居里温度”为103103C,这时开103C,开关C,下列说法中正确的是（）感温惮诉内胆感_电热板isafr开啰钮SEE依轴.广永磁体一匚田一梭线螺钉1二，通点他一板电源开关）D.由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些三、光传感器的应用一一火灾报警器光传感器是利用光敏电阻的阻值会随光照强度的变化而变化的原理制成的,它能把光照强度这个光学量转换为电压这个

7、电学量.如图所示是火灾报警器的内部结构，它由发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成，请简述它的工作原理。正常情况下，光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，当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。【例题4】如图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发出的光,呈现高电阻状态.发生火灾时，下列说法正确的是()A.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.光电三极

8、管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C.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.以上说法均不正确四、传感器的应用设计1.传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用.(1) “感”是指传感器的敏感元件感应信息，并转化为电学量.(2) “传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构.(3) “用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作.2.传感器电路问题的设计思路处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：(1)传感器所在的信息采集部分;(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关);(3

9、)执行电路.【例题5】(2016全国乙卷)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60c时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9直流电源(输出电压为U,内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为10000)滑动变阻器R2(最大阻值为20000)单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18V,Ic约为10mA;流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60C时阻热敏电阻值为650.0Q(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。(2)

10、电路中应选用滑动变阻器(填Ri”或包”J(3)按照下列步骤调节此报警系统：电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求,这一阻值为Q;滑动变阻器的滑片应置于(填a”或b”端附近，不能置于另一端的原因是将开关向(填c”或d”端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。【练习题组】1.某仪器内部电路如图所示，其中M是一个质量较大的金属块，左、右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a、b、c三块金属片的间隙很小（b固定在金属块上）.当金属块处于平衡时两根弹簧均处于原长状态.若将该仪器固定在一辆汽车上，则

11、下列说法正确的是A.当汽车加速前进时，甲灯亮B.当汽车加速前进时，乙灯亮C.当汽车刹车时，乙灯亮D.当汽车刹车时，甲、乙灯均不亮2.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一个前向的方车进判断小车运动状态的装置，其工作原理如图（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过程中，电流表示数变化与时间t的关系如图（b）所示，下列判断正确的是（）A.从ti到t2时间内，小车做匀速直线运动B.从匕至11t2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3.如图所示是

12、某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置.R是滑动变阻器.它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表（由电流表改装而成）指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属滑片向下移动时（）A,电路中的电流减小，油箱油面降低B,电路中的电流减小，油箱油面升高C.电路中的电流增大，油箱油面降低D.电路中的电流增大，油箱油面升高4.酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器.这种酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，在如图7所示的电路中，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是（）A.U越大，表示c

13、越大，c与U成正比B. U越大，表示c越大，但是c与U不成正比C. U越大，表示c越小，c与U成反比D.U越大，表示c越小，但是c与U不成反比5.如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置,Ri为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置.则（）当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压A.B.C.D.光源6 .如图所示为一测定液面高低的传感器示意图,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，已知灵敏电流计指针

14、偏打转方向与电流方向相同。如果发现指针正向右偏转，则导电液体深度h的变化情况为直非善"tkt（）A.正在增大B.正在减小C.不变D.无法确定7 .如图所示是用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是（）A.严重污染时，LDR是高电阻B.轻度污染时，LDR是高电阻眼.C.无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定灯碗屋氯品鼠眄D.该仪器不会受到白天光照的影响8 .在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钢等半导体材料制成的电阻器，其电阻率p随温度t的变化规律如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能

15、。对此，以下判断正确的是（）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，温度保持在t1不变当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变"六'士/:A.B.C.D.9 .如图所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小.电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器（图中未画出）相连接.则（）A.当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下B.当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下C.工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端D.工作时，应该把恒

16、温箱内的加热器接在A、C端10 .（多选）传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量（如温度、光、声等）转换成便于测量的量（通常是电学量），例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻。热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻Rt作为传感器制作的简单自动报警器的线路图。则下列说法正确的是（）A.为了使温度过高时报警器响铃，c应接在a处B.为了使温度过高时报警器响铃，c应接在b处C.若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片右移动D.如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好

17、，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路不能正常工作的原因可能是乙图中左边电源电压太低11 .某种角速度计，其结构如图所示。当整个装置绕轴OO转动时，元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器（传感器内阻无限大）接收相应的电压信号。已知度系数为k、自然长度为1,电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为A的质量为m,弹簧的劲1,电阻分布均匀，装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端，当系统以角速度3转动时，则（）A.电路中电流随角速度的增大而增大B.电路中电流随角速度的增大而减小C.弹簧的伸长量为2mwX=.2k-mwEmd2D.输出电压U与co的函数关系式为U=r2km

18、w12.有一种测量体重的电子秤，其原理图如图所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R（实际是个阻值可随压力而变化的电阻卜显示体重的仪表G（实际是理想电流表）。设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3A,电源电动势为12V,内阻为2Q,电阻R随压力变化的函数关系式为R=30-0.02F（F和R的单位分别是N和。下列说法正确的是（）A.该秤能测量的最大体重是1400NB.该秤能测量的最大体重是1300NC.该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘上0.375A处D.该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘上0.400A处13.光敏电阻在各种自动化装置中有很多

19、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，日落灯亮一匚jn.戚K踏板压力传撼器14.如图所示，图甲为热敏电阻的R-t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单的恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻R0=150Q。当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E=6V,内阻可以不计。图中的电源”是恒温箱加热器的电源。（1）由图甲知该热敏电阻的阻值随温度的升高而;（2）应该把恒温箱内的加热器接在（选填A、B端”或C、D端”）（3）如果要使恒温箱内的

20、温度保持100C,可变电阻R'的阻值应调节为Q;W（4）为使恒温箱内的温度保持在更高的数值，可变电阻、R'的阻值应（选填增大”或减小”J3叶一巧一-°5010015。七甲第六章传感器的应用答案【例题1】ABC解析：若电路无电阻Ro,且金属滑片P在b端时，回路短路会损坏电源，Ro的存在使电路不出现短路，因此A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由闭合电路欧姆定律得，I=UM=0.1A,R0+R1C正确.故B正确；拉力为400N时，由F=kAx,则Ax=4cm,对应的电阻为RaP=20Q,R1接入电路的电阻RPb=5Q,由闭合电路欧姆定律得，I=匕一=0.3A,故D错误，

21、R0RPb热城电瞅【例题2】C【例题3】ACD【例题4】C【例题5】解析：(1)电路图连接如图。(2)报警器开始报警时，对整个回路有U=Ic(R滑+R热)代入数据可得R滑=1150.0Q因此滑动变阻器应选择R2。(3)在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0Qo滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I=!8KA-27.7mA,超过报警器最大电流20mA,报警器可能损坏。开关应先向c端闭合，移动650.0滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。答案：(1)连线见解析图(2)R

22、2(3)650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA,报警器可能损坏c报警器开始报警【练习题组】1.B2,D3,D一14 .B解析：题中给出传感器电阻r的倒数与酒精气体的浓度c是正比关系，即；产kc,电压表本数U=-一RE=RE=kRE，可以看出电压与浓度的关系不是正比关系，但随浓度r+R+FR+R0+rk(R+B+r)+c的增大而增大.5 .C解：Ri是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人通过而遮蔽光线时，Ri的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U=IR2减小，故错误，正确；由闭合电路欧姆定律得：U=E-I(R1+r),当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的

23、电压U增大，故正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故错误，故应选C.6 .B7 .A解析：严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A正确，B错误；LDR是光敏电阻，受光照影响电阻会发生变化，C错误；白天自然光强度较强，会对LDR造成影响，D错误。8 .解析：当温度由零升到t1的过程中，PTC的电阻率p随温度升高而减小，其电阻R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的热功率P随之增大，当t=t1时，P=Pi达到最大。当温度继续升高，p增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，电热灭蚊器的散热功率P'也

24、就越大，因此在这之间的某一温度t3会有P=P3=P',即电热功率P减小到等于散热功率时，即达到保温；当t<t3时，P>P；使温度自动升高到t3；当t>t3时，P<P；使温度自动降到t3,实现自动保温，D正确。答案D9 .B解析：根据温度变化，分析R的变化，确定电路中电流的变化，电流增大时，继电器L对衔铁吸引力增大，P将会被吸下.当温度降低到某一数值，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁吸引力减小，P将不会被吸下，故A错误.当温度升高到某一数值，热敏电阻R的阻值减小，电路中电流增大，继电器L对衔铁吸引力增大，P将会被吸下.故B正确.恒温箱内温度高到一定数值后，应与电源断开停止加热，由以上分析可知，温度升高后，A、B端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端.故C、D错误.故选B.10 .解析：由热敏电阻随温度变化的图线可知，温度越高电阻越小，电流越大，电磁铁的引力越大，越能吸引弹簧向a运动，所以A正确，B错误；若使启动报警的温度提高些，即报警时热敏电