实验十一 传感器的简单应用

实验十一传感器的简单应用第1页/共38页第2页/共38页考情案例导析实验十一传感器的简单应用实验理论指导知能演练提升第3页/共38页第4页/共38页(1)了解传感器的工作原理，知道热敏电阻、光敏电阻等

敏感元件的特性。(2)了解传感器在技术上的简单应用。第5页/共38页(1)传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换

成便于测量的量(一般是电学量)。(2)工作过程如图：第6页/共38页热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。第7页/共38页1．研究热敏电阻的热敏特性(1)实验步骤：①按如图实－11－1所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；②把多用电表置于“欧姆”挡，并选择图实－11－1适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；第8页/共38页③向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；④将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。(2)数据处理：①根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性。第9页/共38页次数待测量温度(℃)电阻(Ω)第10页/共38页②在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。

③根据实验数据和R－t图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。

图实－11－2第11页/共38页2．研究光敏电阻的光敏特性(1)实验步骤：①将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图实－11－3所示电

图实－11－3

路连接好，其中多用电表置于“×100”挡；第12页/共38页②先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；③打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；④用手掌(或黑纸)遮光时的电阻值又是多少，并记录。第13页/共38页(2)数据处理：把记录的结果填入表中，根据记录数据分析

光敏电阻的特性。结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强

电阻变小，光照减弱电阻变大。光照强度弱中强无光照射阻值(Ω)第14页/共38页(1)在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，

以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。(2)光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放

入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电

阻上的光的强度。(3)欧姆表每次换挡后都要重新调零。第15页/共38页第16页/共38页[典例必研][例1]用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成图实－11－4虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图所示，图中的电压表内阻很大。RL的测量结果如表格所示。第17页/共38页图实－11－4温度t(℃)30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值(Ω)54.351.548.344.741.437.934.7第18页/共38页回答下列问题：(1)根据图实－11－4所示的电路，在图实－11－5所示的实物图上连线。图实－11－5第19页/共38页(2)为了检验RL与温度t之间近似为线性关系，在图实－11－6坐标纸上作出RL－t关系图线。图实－11－6第20页/共38页(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图实－11－7甲、乙所示。电流表的读数为________，电压表的读数为________。此时等效电阻RL的阻值为________。热敏电阻所处环境的温度约为________。图实－11－7第21页/共38页第22页/共38页[答案]

(1)连线如图所示第23页/共38页(2)RL－t关系曲线如图所示(3)115mA

5.00V

43.5Ω

64.0℃第24页/共38页[例2]

为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(kΩ)754028232018第25页/共38页(1)根据表中数据，请在给定的坐标系(图实－11－8)中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。图实－11－8第26页/共38页(2)如图实－11－9所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框图实－11－9内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)第27页/共38页提供的器材如下：光敏电阻RP(符号

，阻值见上表)直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图实－11－11中标出)；开关S及导线若干。第28页/共38页[解析]

(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图实所示。特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。第29页/共38页(2)当控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20kΩ，两端电压为2V，电源电动势为3V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10kΩ，即选用R1，电路原理图如图所示。[答案]

见解析第30页/共38页[例3]

某赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为第31页/共38页传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开。电磁开关的内部结构如图实－11－10所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50mA时，3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA。第32页/共38页(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。光敏电阻R1，符号灯泡L，额定功率40W，额定电压36V，符号保护电阻R2，符号电磁开头，符号蓄电池E，电压36V，内阻很小；开关S，导线若干。第33页/共38页蓄电池E，电压36V，内阻很小；开关S，导线若干。(2)回答下列问题：①如果励磁线圈的电阻为200Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________V，保护电阻R2的阻值范围是________Ω。②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通。为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。第34页/共38页答：____________________________________。③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。答：______________________________________。第35页/共38页[解析]

(1)解析过程略。(2)①Um＝ImR＝100×10－3×200V＝20V；E＝I(R2＋R)