实验十二传感器的简单使用

实验十二传感器的简单使用一、实验目的1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件．2．了解传感器在技术上的简单应用．二、实验原理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．工作过程如图三、实验器材热敏电阻、光敏电阻、电压表、电流表、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．四、实验过程1．研究热敏电阻的热敏特性(1)实验步骤①按图示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理．②将热水和冷水分n次注入烧杯中，记录每一次温度值和两电表读数．③利用R＝eq\f(U,I)计算出每一次热敏电阻的阻值．(2)数据处理①根据记录数据，把测量到的温度值和电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性．次数待测量温度/℃电阻/Ω②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R－t图线，得出结论(热敏电阻的阻值随温度的升高而减小)．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、滑动变阻器按如图所示电路连接好，并将多用电表置于“×100”挡．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，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．(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。光照强度弱中强无光照射阻值/Ω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．五、注意事项1．在做热敏电阻实验时，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、电压和电流值．2．光敏电阻实验中，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．对热敏电阻的特性和应用的考查【典题例析】(2018·高考全国卷Ⅰ)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25～80℃范围内某热敏电阻的温度特性．所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25℃时的阻值)为Ω；电源E(6V，内阻可忽略)；电压表V(量程150mV)；定值电阻R0(阻值Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S图(a)实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃.将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数．逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0℃.实验得到的R2－t/℃R2/Ω回答下列问题：(1)在闭合S1前，图(a)中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出R2－t曲线；图(b)图(c)(3)由图(b)可得到RT在25～80℃范围内的温度特性．当t＝44.0℃时，可得R(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图(c)所示，该读数为________Ω，则手心温度为________℃.[解析](1)题图(a)的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小，即题图(a)中R1的滑片应移到b端．(2)将t＝60℃和t＝70℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2－t曲线．(3)根据题述实验过程可知，测量的R2的数据等于对应的热敏电阻RT的阻值．由画出的R2－t曲线可知，当t＝44.0℃时，对应的R(4)由画出的R2－t曲线可知，当RT＝Ω时，手心温度t＝33.0℃[答案](1)b(2)如图(3)450(4)1.某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：灵敏电流表(待改装)，学生电源(电动势为E，内阻不计)，滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC热敏电阻Rt(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rt＝a＋kt，a＞0，k＞0)．设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作．(1)按电路图连接好实验器材．(2)将滑动变阻器滑片P滑到________(选填“a”或“b”)端，单刀双掷开关S掷于________(选填“c”或“d”)端，调节滑片P使电流表________，并在以后的操作中保持滑片位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路．(3)容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关．请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I(4)根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表。根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在________(选填“左”或“右”)侧，刻度线分布是否均匀？________(选填“是”或“否”)．解析：(2)分析电路可知滑动变阻器为限流式接法，所以闭合开关前，使它的阻值处于最大值状态，即将滑片P滑到a端．为了设计表盘刻度，应使开关掷于c处，调节滑片，使电流表满偏．(3)把开关置于d端，根据闭合电路欧姆定律得I＝eq\f(E,R＋Rt)，又Rt＝a＋kt，联立得出电流与温度的关系式为I＝eq\f(E,R＋a＋kt).(4)因为Rt＝a＋kt(且a＞0，k＞0)，所以温度越低，电阻越小，回路中I越大，所以低温度刻度在右侧，由(3)中关系式可知电流与温度不是线性关系，所以刻度线分布不均匀．答案：(2)ac满偏(3)eq\f(E,R＋a＋kt)(4)右否对光敏电阻的特性和应用的考查【典题例析】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)电阻(kΩ)754028232018(1)根据表中数据，请在给定的坐标系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．(2)如图所示，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lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻RPeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(符号\a\vs4\al()，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中标出)；开关S及导线若干．[解析](1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示．特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．(2)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，电路原理图如图乙所示．[答案]见解析2.一台臭氧发生器P的电阻为10kΩ，当供电电压等于24V时能正常工作，否则不产生臭氧．现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为100Ω，黑暗时为1000Ω、允许通过的最大电流为3mA；电源E的电压为36V、内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0～100Ω、允许通过的最大电流为0.4A；一个开关S和导线若干．臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图所示．设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B(电路图画在虚线框内)．解析：因变阻器最大阻值100Ω远小于臭氧发生器P的电阻10kΩ，为了能控制臭氧发生器，应该使用滑动变阻器的分压式连接，有光照时P能正常工作，无光照时P不工作，电路如图所示．答案：见解析力电传感器的应用【典题例析】某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”．现用如图所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应，已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：A．电源E(3V，内阻约为1Ω)B．电流表A1(0～0.6A，内阻r1C．电流表A2(0～0.6A，内阻r2D．开关S，定值电阻R0＝5Ω(1)为了比较准确地测量电阻Rx的阻值，请完成虚线框内电路图的设计．(2)在电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向)，闭合开关S，记下电表读数，A1的读数为I1，A2的读数为I2，得Rx＝________(用字母表示)．(3)改变力的大小，得到不同的Rx值，然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的Rx值．最后绘成的图象如图所示，除观察到电阻Rx的阻值随压力F的增大而均匀减小外，还可以得到的结论是________________________________________________________________________.当F竖直向下时，可得Rx与所受压力F的数值关系是Rx＝________________．[解析](1)利用伏安法测量电阻阻值，但所给器材缺少电压表，可以用内阻已知的电流表A1代替，另一个电流表A2测量电流.(2)电阻两端电压为Ux＝I1r1，流经的电流为Ix＝I2－I1，电阻Rx＝eq\f(I1r1,I2－I1).(3)由题图可知，图象是一次函数图线，即Rx＝kF＋b，k＝－eq\f(ΔRx,ΔF)＝－eq\f(10,＝－eq\f(20,9)，b＝17，则有Rx＝17－eq\f(20,9)F.[答案](1)如图所示(2)eq\f(I1r1,I2－I1)(3)压力反向，阻值不变17－eq\f(20,9)F3.传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)，显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示．设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为V，g取10m/s2.请回答：压力F/N0250500750100012501500…电阻R/Ω300270240210180150120…(1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标