3利用传感器制作简单的自动控制装置

3利用传感器制作简单的自动控制装置［学习目标］1.进一步理解常用传感器的工作原理及应用2学会利用传感器制作简单的自动控制装置.知识梳理 预习新知机理教材 % 一、实验1门窗防盗报警装置.实验器材和装置干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在.继电器(虚线框部分)作为执行装置.发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用.蜂鸣器H作为报警提醒.电路设计如图1.图1.电路工作原理当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA,干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作.当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警..实验操作(1)检查干簧管.用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作.(2)连接电路.连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作.(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象.二、实验2光控开关.实验器材和装置光敏电阻完成光信号向电信号的转变.晶体三极管将电流进行放大，同时具有完成断路和接通的开关作用.发光二极管LED模仿路灯.电路设计如图2甲..乙

.乙图2为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示..电路工作原理(1)光较强时，光敏电阻阻值小，三极管不导通，继电器断路，处于常开状态，小灯泡L不亮.(2)光较弱时，光敏电阻阻值变大，三极管导通，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合，点亮小灯泡L..实验操作(1)连接电路，检查无误后，接通电源.(2)用白光照射光敏电阻，调节R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光.(3)减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L发光.(4)让光照加强，当光增强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭.重点探究 启迪思维深化重点 一、光控开关的应用把把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源连成电路如图3所示，制成光电报警装置.当报警器有光照射时，峰鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声.①光敏电阻：光敏电阻受光照后，阻值会变小.②干簧管继电器开关：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成.当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态.当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下恢复到分离状态.电路已经连接一部分，请将电路完整连接好.F笛管继射器开关光敏电阻蚱呜器光电报特装置F笛管继射器开关光敏电阻蚱呜器光电报特装置答案见解析解析电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关外面接线构成一个回路；而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的两个接线构成又一个回路.当有光照时，光敏电阻阻值变小，使得干簧管继电器开关存在磁场，导致开关接通，最终使得蜂鸣器发声，电路如图所示.干褥管里电耨开笑二、热敏电阻的应用:❷（2016•全国卷I）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60℃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999.9Q）,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1000Q），滑动变阻器R2（最大阻值为2000Q），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60℃时阻值为650.0Q.（1）完成如图4所示待调节的报警系统原理电路图的连线.图4（2）电路中应选用滑动变阻器（填“R1”或“R2”）.（3）按照下列步骤调节此报警系统：①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②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.答案（1）见解析图（2）R2（3）①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA,报警器可能损坏②c报警器开始报警解析（1）热敏电阻工作温度达到60℃时报警器报警故需通过调节电阻箱使其电阻为60℃时的热敏电阻的阻值，即调节到阻值650.0Q,使报警器能正常报警，电路图如图所示.

热敏电阻报警器热敏电阻报警器⑵U=18V，当通过报警器的电流10mAWI<20mA，故电路中总电阻R=U，即900QWRWc Ic1800Q,故滑动变阻器选R2.(3)热敏电阻阻值为650.0Q时才报警器开始报警，模拟热敏电阻的电阻箱阻值也应为650.0Q,实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直到报警器开始报警.为防止通过报随堂演练警器电流过大，造成报警器烧坏，应使滑动变阻器的滑片置于b端.随堂演练逐点突破达标自测 % .光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用.街道路灯自动控制就是应用之一，如图5所示电路为模拟电路，其中A为一光敏电阻，B为电磁继电器，。为电流信号放大器，D为路灯.请连成正确的电路，达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果.电磁版电磁版图5答案见解析图解析当有光照射时，电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开；当无光照时，电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作，电路如图所示.

电流信号胶大器电流信号胶大器2.如图6甲所示为一热敏电阻的R-1图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为200Q.当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合.为继电器线圈供电电池的电动势E=8V,内阻可以不计.图中的“电源”是恒温箱加热电源.（1）图甲说明热敏电阻的阻值随着温度的升高而（选填“增大”“减小”或“不变”）.（2）应该把恒温箱内加热器接（选填"/夕'或"CD”）端.（3）如果要使恒温箱内的温度保持100℃,滑动变阻器R1接入电路的电阻值为Q.答案（1）减小（2）AB（3）150解析（1）由题图甲可知热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小；⑵当温度较低的时候，热敏电阻的阻值较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁与AB部分连接，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以应该把恒温箱内的加热器接在AB端.⑶当温度达到100℃时，加热电路就要断开，此时继电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要达到20mA=0.02A，根据闭合电路欧姆定律可得：I=一E-，解得：R、=150Q.R+R1+R0 1课时对点练 注重双基强化落实 % ▼基础对点练1.测定压力变化的电容式传感器如图1所示，A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器.可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容.现将此电容式传感器连接到如图所示的电路中，当待测压力增大时（）待测厘力—图1A.电容器的电容将减小B.电阻R中没有电流C.电阻R中有从a流向b的电流D.电阻R中有从b流向a的电流答案D解析当待测压力增大时，电容器板间距离减小，根据电容的决定式C=4S得知，电容C增大，故A错误.电容器板间电压U不变，电容器所带电荷量为Q=CU,C增大，则Q增大，电容器处于充电状态，电路中形成逆时针方向的充电电流，电阻R中有从b流向a的电流，故B、C错误，D正确.2.（多选）电熨斗已经走进千家万户，特别是服装店更离不开它，现在的电熨斗具有自动控制温度功能，可以通过双金属片来控制电路的通断.如图2为电熨斗的结构示意图，下列关于电熨斗的控制电路的说法正确的是（）比 u□-朗温旋钮弹性铜片' 升降拨一\6 『绝缘支.Si虹X二na双金属片」1M派三^金园底板图2A.常温下，电熨斗的上下触点应该是分离的B.图中双金属片上层的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数C.熨烫棉麻衣物时需要设定较高的温度，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升D.熨烫丝绸衣物时需要设定较低的温度，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升答案BD解析常温时，电熨斗的上下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热.当温度过高时双金属片膨胀，因上层的热膨胀系数较大，故上层膨胀得厉害，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，故A错误，B正确.熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，也就是要求双金属片弯曲程度较大时，两触点分离，所以应使升降螺钉下降；熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使升降螺钉上升，故C错误，D正确.力能力综合练.（多选）如图3所示是某小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置.则（）图3A.当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压升高B.当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压降低C.当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压D.当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压答案BC解析R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过而遮住光线时，R1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A项错误，B项正确；由闭合电路欧姆定律得：。=E-I（R1+r），当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故C项正确；当减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故D项错误..如图4所示为一温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，下列说法正确的是（）A.温度升高至74℃时，灯L1亮报警B.温度升高至74℃时，灯L2亮报警C.温度升高至78℃时，灯L1亮报警D.温度升高至78℃时，灯L2亮报警答案D解析当温度低于78℃时，线圈中没有电流，此时仅灯L1亮，并不报警；当温度升高到78℃时，线圈中有电流，磁体吸引衔铁，灯l2被接通，所以灯L2亮报警.5.（2020•太原市模拟）如图5是磁报警装置中的一部分电路示意图，其中电源电动势为E，内TOC\o"1-5"\h\z阻为r,R1、R2是定值电阻.RB是磁敏传感器，它的电阻阻值随磁体的出现而减小，c、d接报警器.电路闭合后，当传感器RB所在处出现磁体时，则通过电流表的电流I,c、d两端的电压U将（ ）\o"CurrentDocument"厂—--1™-- 0-、L报警器口窄 驾」 ULZd图5I变大，U变小I变小，U变大I变大，U变大I变小，U变小答案A解析由“串反并同”知当传感器处出现磁体，RB减小时，干路电流变大，U变小，电流表示数变大，即I变大，故A对，B、C、D错.6.温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的.如图6甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E=9.0V,内电阻不计；G为灵敏电流表，其电阻Rg保持不变，R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示.闭合开关S,当R的温度等于20℃时，电流表示数11=2mA；当电流表的示数12=3.6mA时，热敏电阻的温度是（）

60℃C.100℃60℃C.100℃图680℃D.120℃答案DE解析由题图乙可知，当R的温度等于20℃时，热敏电阻的阻值R1=4kQ，则由11=R+R-1g可得R=0.5kQ；当电流L=3.6mA时，由L=—E~可得R广2kQ，由题图乙可知，此时g 2 2R2+Rg 2热敏电阻的温度为120℃，故选D.7.（多选）（2019•大庆市实验中学月考）如图7所示的火灾报警装置，R1为热敏电阻，若温度升高，则R1的阻值会急剧减小，从而引起电铃两端电压增加，当电铃两端电压达到一定值时，电铃会响.下列说法正确的是（图7图7A.A.要使报警的临界温度升高，

B.要使报警的临界温度升高，

C.要使报警的临界温度降低，

D.要使报警的临界温度降低，可以适当增大电源的电动势可以把R2的滑片尸适当向下移可以适当增大电源的电动势可以把R2的滑片尸适当向下移答案CD解析要使报警的临界温度升高，R1对应的阻值减小，电路中电流会增大，电铃两端的电压会增大，而当电铃两端电压达到一定值时，电铃会响，要使电铃的电压仍为原来的值，可以适当减小电源的电动势，相反，要使报警的临界温度降低，可以适当增大电源的电动势，故A错误，C正确；要使报警的临界温度升高，根据串联电路的特点可知，可以把R2的滑片尸适当向上移，以减小为接入电路的阻值，相反，要使报警的临界温度降低，可以把R2的滑片P适当向下移，故B错误，D正确..如图8是某研究学习小组模拟街道路灯自动控制电路的电路图，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻的阻值随着光照强度增强而减小，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电.为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在（选填“AB”或“BC”）之间，请用笔画线代替导线，正确连接部分电路元件.图8答案AB见解析图解析该模拟电路原理是：由光敏电阻感知光照强度变化，调节电磁铁中电流的大小，即可调节电磁铁的磁性强弱，吸引或者释放衔铁，从而断开或接通路灯，达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果.因为天亮时光照强度大，光敏电阻阻值较小，电路的电流较大，电磁的磁性强，可将衔铁吸下，接通BC,断开AB；又因为天亮需要断开路灯，所以路灯应接在AB之间.电路连线直接将DE两端口与光敏电阻、滑动变阻器、开关以及电源串联即可.电路如图所示..传感器担负着信息采集的任务，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（电学量），例如热敏传感器.某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图9甲所示，图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图.问：甲 乙图9⑴为了使温度过高时报警器响铃，c应接在（选填"a”或"b”）处.（2）若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向（选填“左”或“右”）移动.（3）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的滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，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 .答案（1）a（2）左（3）电源提供的电压太小以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大，电磁铁的吸引力小于弹力解析（