第三节实验传感器的应用

1、第三节实验：传感器的应用第三节实验：传感器的应用课前自主学案课前自主学案一、实验目的一、实验目的了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器制作自动控制装置制作自动控制装置二、实验器材二、实验器材1光控开关实验：斯密特触发器、发光二极管、光控开关实验：斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡二极管、继电器、灯泡(6 V,0.3 A)、可变电阻、可变电阻R1(最最大阻值大阻值51 k)、电阻、电阻R2(330 )、光敏电阻、集成电、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸、导线若干、黑纸2温度报警器实验：斯密

2、特触发器、蜂鸣器、热温度报警器实验：斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻敏电阻、可变电阻R1(最大阻值最大阻值1 k)、集成电路、集成电路实验板、直流电源实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯、导线若干、烧杯(盛有热盛有热水水)三、实验原理三、实验原理1光控开关光控开关(1)斯密特触发器工作原理斯密特触发器工作原理图图631如图如图631所示光控电路，用发光二极管所示光控电路，用发光二极管LED模模仿路灯，仿路灯，RG为光敏电阻，为光敏电阻，R1的最大电阻为的最大电阻为51 k，R2为为330 .在白天，光强度较大，光敏电阻在白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，电阻值较小，加在斯

3、密特触发器加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端端的电压较低，则输出端Y输输出高电平，发光二极管出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一不导通；当天色暗到一定程度时，定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端器的输入端A端的电压上升到某个值端的电压上升到某个值(1.6 V)，输出，输出端端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光导通发光(相当于路灯亮了相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯，这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的天明熄灭，天暗自动开启的目的说明：要想在天暗时路灯才会亮，应该把

4、说明：要想在天暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达电压达到某个值到某个值(1.6 V)，就需要，就需要RG的阻值达到更大，即天的阻值达到更大，即天色更暗色更暗(2)电磁继电器工作原理电磁继电器工作原理图图632由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯模仿路灯，就要用继电器来启动工作电路如图模仿路灯，就要用继电器来启动工作电路如图632所示，其中图中虚线框内即为电磁继电器所示，其中图中虚线框内即为电磁继电器J,D为动触点，为动触点，E为静触点当线圈为静触点当线圈A中通电时

5、，电中通电时，电磁铁产生磁场，吸引衔铁磁铁产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动触向下运动，从而带动触点点D向下与向下与E接触，将工作电路接通，当线圈接触，将工作电路接通，当线圈A中中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧的作在弹簧的作用下拉起，带动触点用下拉起，带动触点D与与E分离，自动切断工作电分离，自动切断工作电路路(3)控制电路原理控制电路原理天较亮时，光敏电阻阻值较小，斯密特触发器输入天较亮时，光敏电阻阻值较小，斯密特触发器输入端端A电势较低，则输出端电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻电

6、流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电电阻增大，斯密特触发器输入端阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高电势升高，当升高到一定值时，输出端到一定值时，输出端Y由高电平突然跳到低电平，由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，电阻路，使路灯自动开启；天明后，电阻RG电阻减小，电阻减小，斯密特触发器输入端斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定电势逐渐降低，降到一定值，输出端值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的不

7、再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源电源说明：说明：(1)在控制电路中之所以并联一只二极管，在控制电路中之所以并联一只二极管，是为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中的自感是为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏集成电路，二极管的存在可以提供自电动势损坏集成电路，二极管的存在可以提供自感电流的通路感电流的通路(2)二极管具有单向导电性，在电路中不能反接，二极管具有单向导电性，在电路中不能反接，否则电磁继电器将不能正常工作否则电磁继电器将不能正常工作2温度报警器温度报警器图图633如图如图633所示，常温下，调整所示，常温下，调整R1的阻值使斯密的阻值使斯密特触发器的输入端特触发

8、器的输入端A处于低电平，则输出端处于低电平，则输出端Y处于处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发阻值减小，斯密特触发器输入端器输入端A电势升高，当达到某一值电势升高，当达到某一值(高电平高电平)，其，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，发出报警声，R1的阻值不同，则报警温度不同的阻值不同，则报警温度不同说明：要使热敏电阻在感测到更低的温度时报警，说明：要使热敏电阻在感测到更低的温度时报警，应增大应增大R1的阻值，的阻值，

9、R1阻值越大，要使斯密特触发器阻值越大，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越大，即输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越大，即温度越低温度越低四、实验步骤四、实验步骤1光控开关实验光控开关实验(1)按照电路图按照电路图631将各元件组装到集成电路将各元件组装到集成电路实验板上实验板上(2)检查各元件的连接，确保无误检查各元件的连接，确保无误(3)接通电源，观察强光照射光敏电阻和用黑纸包接通电源，观察强光照射光敏电阻和用黑纸包裹光敏电阻时发光二极管或灯泡的状态裹光敏电阻时发光二极管或灯泡的状态2温度报警器实验温度报警器实验(1)按照电路图按照电路图633将各元件组装到集成电路将

10、各元件组装到集成电路实验板上实验板上(2)检查各元件的连接，确保无误检查各元件的连接，确保无误(3)接通电源、观察热敏电阻处于常温环境时和置接通电源、观察热敏电阻处于常温环境时和置于热水中时，蜂鸣器是否发声于热水中时，蜂鸣器是否发声 现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干如图器、滑动变阻器、开关和导线若干如图634所示，试设计一个温控电路，要求温度低于某一所示，试设计一个温控电路，要求温度低于某一值时，电炉丝自动通电供热，高于另一值时，又值时，电炉丝自动通电供热，高于另一值时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程可以自动断电，

11、画出电路图并说明工作过程图图634课堂互动讲练课堂互动讲练自动控制电路的设计自动控制电路的设计【思路点拨】【思路点拨】热敏电阻热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁与滑动变阻器及电磁继电器组成低压控制电路继电器组成低压控制电路【精讲精析】【精讲精析】电路图如图电路图如图635所示所示图图635当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值很大，流当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值很大，流过电磁继电器的电流很小，继电器无法吸引衔铁过电磁继电器的电流很小，继电器无法吸引衔铁P,K处接通，电炉丝处于加热状态；当温度高于某处接通，电炉丝处于加热状态；当温度高于某一值时，热敏电阻的阻值变得很小，通过电磁继一值时，热敏电阻的

12、阻值变得很小，通过电磁继电器的电流较大，继电器吸引衔铁电器的电流较大，继电器吸引衔铁P，K处断开，处断开，电炉丝停止加热电炉丝停止加热【答案】【答案】见精讲精析见精讲精析【规律总结】【规律总结】热敏电阻阻值随温度变化，控制热敏电阻阻值随温度变化，控制电路中电流发生变化，通过改变电磁继电器螺线电路中电流发生变化，通过改变电磁继电器螺线管的电流来实现控制电路的目的管的电流来实现控制电路的目的 工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故故工厂中大都是利

13、用光电控制设备来避免事故发生的如图发生的如图636所示为光控继电器的示意图所示为光控继电器的示意图,它由电源、光电管它由电源、光电管(当有光照射时，在阴极当有光照射时，在阴极K端会端会放出电子放出电子)、放大器、电磁继电器等几部分组、放大器、电磁继电器等几部分组成这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由成这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由自动控制电路的分析自动控制电路的分析于遮住了光线，光控继电器衔铁立即变化，使于遮住了光线，光控继电器衔铁立即变化，使机床停止工作，避免事故发生光控继电器的机床停止工作，避免事故发生光控继电器的原理是：当光照射光电管时原理是：当光照射光电管时_图图636【思路点拨】【思路点拨】光电管的作用是继电器控制电路光电管的作用是继电器控制电路的通断开关，有光照射时，继电器通电，无光照的通断开关，有光照射时，继电器通电，无光照射时，继电器断电人对照射到光电管上的光的射时，继电器断电人对照射到光电管上的光的遮挡作为电路的输入指令遮挡作为电路的输入指令【精讲精析】【精讲精析】阴极阴极K发射电子，电路中产生电流发射电子，电路中产生电流,经放大器放大后的电流使电磁铁经放大器放大后的电流使电磁铁M磁化，将衔铁磁化，将衔铁N吸住；无光照射光电管时，电路中无电流，吸住；无光照射光电管时，电路中无电流，N自动自动离开离开M，右侧电路接通，灯，右侧电路