方法10不同传感器的特点及设计自动化控制的方法（原卷版）

方法10不同传感器的特点及其自动化控制设计的方法一、不同传感器的特点归纳名称电器元件特点热敏电阻一般情况下，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光敏电阻一般情况下，光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，随光照强度的减弱而增大霍尔元件霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量，对应关系是霍尔电压(h为霍尔系数)亚敏元件压敏电阻的阻值随所受压力的变化而变化二极管具有单向导电性，二极管正向导通后，电流随电压增大而迅速上升二、利用传感器设计自动化控制电路的方法传感器类型传感器主要包括光敏传感器、热敏传感器、压力传感器等电阻选用原则(1)可保护电路；(2)使可调节范围在传感器阻值范围内；(3)阻值大小不宜过大或者过小，以免导致传感器对电路无法产生较大的影响电路设计思路误差分析产生误差的原因主要为电源电动势及内阻的变化，可根据闭合电路欧姆定律进行判断1．（2024·浙江·高考真题）在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻，在不同温度时的阻值如下表温度/℃4.19.014.320.028.038.245.560.4电阻/（）2201601006045302515某同学利用上述热敏电阻、电动势（内阻不计）的电源、定值电阻R（阻值有、、三种可供选择）、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于，现要求将室内温度控制在范围，且1、2两端电压大于，控制开关开启加热系统加热，则应选择的电路是，定值电阻R的阻值应选，1、2两端的电压小于V时，自动关闭加热系统（不考虑控制开关对电路的影响）。A．

B．

C．2．（2023·湖南·统考高考真题）某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图（a）所示，为电阻箱，为半导体薄膜压力传感器，间连接电压传感器（内阻无穷大）．（1）先用欧姆表“”挡粗测的阻值，示数如图（b）所示，对应的读数是;（2）适当调节，使电压传感器示数为0，此时，的阻值为（用表示）；（3）依次将的标准砝码加载到压力传感器上（压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小），读出电压传感器示数，所测数据如下表所示：次数123456砝码质量0.00.51.01.52.02.5电压057115168220280根据表中数据在图（c）上描点，绘制关系图线；（4）完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用．在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，电压传感器示数为，则大小是（重力加速度取，保留2位有效数字）；（5）若在步骤（4）中换用非理想毫伏表测量间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，此时非理想毫伏表读数为，则（填“>”“=”或“<”）．3．（2022·重庆·高考真题）某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50.0μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。（1）用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50.0μA，须调节（选填一种给定的实验器材）。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50.0μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻（选填“远大于”“接近”“远小于”）RT阻值的电压表。（2）测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0°C变化到40.0°C的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是（保留2位有效数字）。4．（2024·全国·模拟预测）实验室有一个标准的铂电阻Pt100（用表示），还附带了该电阻和温度的对照表。Pt100热敏电阻常用温度阻值对应表温度（）电阻（）温度（）电阻（）某同学想用它来做一个温度计，设计电路如图所示，恒定电压，电阻，，电压表的量程为150mV，视为理想电压表，其零刻线在中间，当电流从M流向N时电压表指针向右偏，当电流从N流向M时电压表指针向左偏。该同学想直接用电压表的示数来表示温度。（1）当处在的冰水混合物中，电压表的读数为mV。（2）当处在的环境中，电压表的指针向（填“左”或“右”）偏。（3）该温度计，应该把mV的电压刻线刻成的温度值。（结果保留三位有效数字）（4）该温度计灵敏度不高，你认为出现该问题的原因是什么？。5．（2024·全国·模拟预测）在汛期，降水对水库、河流等水源的补给具有重要的影响，对水库、河流水位的实时监测至关重要，某物理兴趣小组计划利用压力传感器设计水库水位预警系统，已知水位越高，压力传感器受到的压力越大，压力与水位高度成正比，满足，，通过查阅资料得到压力传感器的电阻和受到的压力之间的关系图像如图甲所示。（1）根据图甲可知压力传感器的电阻随着水位的升高而（填“增大”或“减小”）。（2）压力传感器的电阻用表示，现提供如下器材：①电源E，电源电动势为3V（不考虑内阻）；②定值电阻；③定值电阻；④定值电阻；⑤开关S及导线若干。请在上述器材中选择合适的器材，设计一个简单电路，要求当水位达到150m时，a、b之间的电压降至时，控制开关开启高水位预警，在如图乙所示的框内完成电路原理图（标明器材的代号，不考虑控制开关对所设计电路的影响）。（3）若要求在设计的电路中，开启预警系统的水位降低，则定值电阻应选（填“”“”或“”）。6．（2024·湖北十堰·统考一模）“饮酒不开车”是司机必须遵守的交通法规。图甲是呼气式酒精检测仪的简化电路原理图。图中电源电动势。，内阻不计，电压表量程为0~15V且内阻很大，电阻箱的阻值范围为0~999Ω，为酒精气体传感器，其阻值随气体中酒精浓度的变化规律如图乙所示。规定气体中酒精浓度在：，之间为酒驾，等于或超过，为醉驾。测试仪使用前应先调零，即当气体中酒精浓度为0时，调节电阻箱，使电压表的示数调零后的值保持不变。（1）调零后接入电路中的阻值为Ω。（保留三位有效数字）（2）当电压表示数时，消耗的电功率为W。（保留两位有效数字）（3）在某次检测中，电压表示数，经分析该司机属于。（填“正常”“酒驾”或“醉驾”）（4）若电池使用时间较长，有明显的内阻，则测出酒精的浓度将（填“偏大”“偏小”或“不变”）7．（2023·云南昭通·统考模拟预测）半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值会随压力变化而改变，现有和B两个压力传感器：（1）利用如图甲所示的电路测量传感器在不同压力下的阻值，其阻值约几十千欧，实验室提供以下器材：电源（电动势为，内阻未知）电流表A（量程，内阻约为）电压表V（量程，内阻约为）滑动变阻器（阻值）为了提高测量的准确性，开关应该接（填“①”或“②”），开关应该接（填“③”或“④”）。（2）实验测得和B两个压力传感器的阻值随压力变化的关系图像如图乙所示。利用压力传感器设计了自动报警分拣装置如图丙所示，图中为压力传感器，为滑动变阻器，电源电动势为（内阻不计），当蜂鸣器（可视为断路）两端的电压大于时会发出警报，分拣时将质量不同的物体用传送带运送到压力传感器上，若要将质量超过的货物实现报警分拣，则（填“”或“B”）压力传感器的灵敏度更高（灵敏度指电阻值随压力的变化率，）。（3）仍用图丙所示的自动报警分拣装置，某次分拣产品时选择B压力传感器，若要将质量大于的货物实现分拣，应该将接入电路的阻值调为（结果保留3位有效数字）。8．（2024·云南昆明·统考一模）电子秤能够准确地测量物体的质量，其中半导体薄膜压力传感器是其关键的电学元件。半导体薄膜压力传感器在压力作用下会发生微小形变，其阻值随压力F变化的图线如图甲所示。某学习小组利用该元件和电流表A等器材设计了如图乙所示的电路，尝试用该装置测量物体的质量。已知图乙中电源电动势为（内阻未知），电流表A的量程为，内阻为。重力加速度g取。请回答以下问题：（1）实验时发现电流表A量程偏小，需要将其量程扩大为，应该给电流表A（选填“串联”或“并联”）一个阻值为Ω的电阻；（2）用改装后的电流表按图乙所示的电路图进行实验，压力传感器上先不放物体，闭合开关S，调节滑动变阻器R的滑片P，使电流表指针满偏。保持滑片P位置不变，然后在压力传感器上放一物体，电流表的示数为，此时压力传感器的阻值为，则所放物体的质量；（3）写出放到传感器上的物体的质量m与电流表的示数I满足的函数关系式；（表达式中除m、I外，其余相关物理量均代入数值）（4）使用一段时间后，该电源电动势不变，内阻变大，其他条件不变。调节滑动变阻器R的滑片P，电流表指针满偏后进行测量，则测量结果（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。9．（2024·甘肃白银·甘肃省靖远县第一中学校联考一模）有一种电阻温度传感器如图甲所示，电阻封装在传感器的探头内。其阻值随温度的变化如图乙所示。小明同学想利用这种传感器制作一个温度计，他准备的实验器材如下：干电池，电动势为1.5V，内阻不计；灵敏电流表，量程为15mA，内阻为；电阻箱；开关、导线若干。把电流表的示数改为温度计的示数。（1）首先，小明同学直接将干电池、开关、灵敏电流表、电阻温度传感器串联成一个电路作为测温装置，则该装置能测的最低温度为。（2）小明同学为了使温度计从开始测量，又设计了如图丙所示的电路图，其中R为电阻温度传感器的电阻，为电阻箱，并进行了如下操作：将传感器的探头放入冰水混合物中，过一段时间后闭合开关，调节电阻箱，使电流表指针满偏，此时。（3）图丙中电流表的示数I（A）和温度t（）的关系式。根据关系式将电流表刻度盘上的电流值改写为温度值，这样就可以通过电流表的表盘直接读出被测物体的温度。（4）若干电池用久了后其电动势不变，而内阻明显变大，其他条件不变。小明使用此温度计前按题中步骤（2）中的操作进行了调节，仍使电流表指针满偏，测量结果将（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。10．（2023·河北·模拟预测）某热敏电阻的阻值R随温度t变化的图像如图甲所示，某同学用该热敏电阻制作的简易火灾自动报警器电路图如图乙所示。请回答以下问题：（1）为使温度在升高到报警温度时，报警器响起，单刀双掷开关C应该接（选填“a”或“b”）。（2）为实现温度升高到60℃时报警器响起的目的，该同学先把热敏电阻放入60℃的恒温水中，然后调节滑动变阻器的电阻，直到报警器响起。在闭合两开关，之前，该同学还应将滑动变阻器的滑片滑至最（选填“左端”或“右端”）。（3）已知直流电源电动势，内阻不计。若继电器线圈ed电阻忽略不计，流过继电器线圈的电流才会报警，欲使温度升高到60℃时报警器响起，则滑动变阻器接入电路的阻值应该是Ω。11．（2022·湖北孝感·应城市第一高级中学校联考模拟预测）某同学用热敏电阻制作高温报警器。实验器材如下，热敏电阻、电磁继电器、蜂鸣器、小灯泡（额定电压）、保护电阻r（阻值）、变阻箱R（）、电池组两组（内阻不计）、多用电表（有温度挡）、铁架台、烧杯、开关及导线若干。（1）如图（a）所示是该热敏电阻的曲线，由图像可以得到热敏电阻的阻值随温度的升高而（选填“减小”、“不变”、“增大”）。（2）如图（b）是某同学设计的高温报警器电路图，左边部分是控制电路，右边部分是报警装置，实验发现控制电路电路不工作，合上开关S，用多用电表排查电路故障，则应将如图（c）所示的选择开关旋至（选填“A”、“B”、“C”或“D”），若只有继电器线圈断路，则应发现表笔接入继电器线圈两端时多用电表的指针（选填“偏转”或“不偏转”），接入热敏电阻两端时多用电表的指针（选填“偏转”或“不偏转”）。（3）根据电磁继电器的技术数据，当热敏电阻达到设定温度时，电磁继电器应自动吸合，报警装置报警．已知控制电路电池组电动势为，实测电磁继电器正常吸合时的电流为，继电器内阻为，如果设置报警温度为，至少应将变阻箱的电阻R调节到。想要让热敏电阻在高温报警中更加“敏感”（即温度不是太高就报警），需要（选填“增大”“减小”或“不变”）变阻箱的电阻。12．（2022·福建龙岩·统考三模）为了节能环保，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R随光的照度I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）。（1）某光敏电阻在不同照度下的阻值R如下表所示，根据表中的数据，请在图甲的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线()，并判断光敏电阻的阻值R与照度I是否成反比关系。答：（填“是”或“否”）。照度0.20.40.60.81.01.2阻值5.83.72.72.32.01.8（2）图乙为街道路灯自动控制电路，利用直流电源E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（填“”或“”）之间。（3）已知线圈的电阻为，直流电源E的电动势，内阻忽略不计。当线圈中的电流大于时，继电器的衔铁将被吸合，滑动变阻器的阻值应调为时，才能使天色渐暗照度低于时点亮路灯。（4）使用一段时间后发现，路灯在天色更亮时就已点亮了，为了使路灯能按设计要求点亮和熄灭，变阻器的阻值应适当调些（选填“大”或“小”）。13．（2022·四川宜宾·统考二模）为了节能环保，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）。（1）某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在如图甲的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线。由图像可求出照度为0.6lx时的电阻约为kΩ。照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ5.83.72.32.01.8（2）如图乙，是街道路灯自动控制设计电路，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（填“AB”或“BC”）之间。（3）用多用电表“×10Ω”挡，按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙，则线圈的电阻为Ω；已知当线圈中的电流大于或等于2mA时，继电器的衔铁将被吸合，图乙中直流电源的电动势E＝6V，内阻忽略不计，滑动变阻器有两种规格可供选择：R1（0～200Ω，1A）、R2（0～2000Ω，0.1A）。要求天色渐暗照度降低至1.0lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择（填“R1”、“R2”）。为使天色更暗时才点亮路灯，应适当将滑动阻变阻器的滑片向（填“左”或“右”）端移动。14．（2022·湖北·模拟预测）利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑夜打开。某同学利用如下器材制作了一个简易的路灯自动控制装置。A．励磁线圈电源

B．路灯电源

C．路灯灯泡L

D．定值电阻E.光敏电阻

F.电磁开关

G.导线、开关等（1）电磁开关的内部结构如图甲所示。1、2两接线柱接励磁线圈（电磁铁上绕的线圈），3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接，相当于路灯的开关。当流过励磁线圈的电流大于某个值时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开，路灯熄灭。该同学首先用多用电表的欧姆挡测量励磁线圈的电阻，将选择开关置于“×1”挡，调零后测量时的示数如图丙所示，则励磁线圈的电阻约为Ω。（2）图乙为光敏电阻的阻值随照度的变化关系（照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，单位为lx）。从图中可以看出，光敏电阻的阻值随照度的增大而（选填“减小”“不变”或“增大”）。（3）如图丁所示，请你用笔画线代替导线，将该同学设计的自动控制电路补充完整。（4）已知励磁线圈电源（内阻不计），定值电阻。若设计要求当流过励磁线圈的电流为0.05A时点亮路灯，则此时的照度约为lx。15．（2024·浙江·校联考模拟预测）热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化。实验小组用伏安法测量某热敏电阻的阻值，并研究其阻值与温度的关系，实验室可提供的器材有：热敏电阻Rt（阻值在几百到几千欧的范围内）；电压表V（量程为15V，内阻约3kΩ）；电流表A（量程为10mA，内阻约1Ω）：滑动变阻器R（最大阻值20Ω）；蓄电池（电动势为E=12V，内阻不计）：开关、导线若干。（1）为了减小热敏电阻测量误差，图1中电压表右侧导线接（选填“a”或“b”）；正确连接电路后，调节恒温箱中的温度1，调节滑动变阻器的滑片P，使电流表和电压表示数在合适数值，记录对应的电流表和电压表的示数，并算出热敏电阻的阻值Rt。多次改变温度t，算出对应的阻值Rt；（2）在坐标纸上作出Rt与温度t的关系图像如图2所示。由图可知，当电压表的示数为9.0V，电流表的示数为3.0mA时，热敏电阻所在处的温度约为°C；（3）实验小组用该热敏电阻设计了如图3所示的保温箱温度控制电路，Rt为热敏电阻，R2为电阻箱，控制系统可视为R=300Ω的电阻，电源的电动势E0=10V（内阻不计）。当通过控制系统的电流小于2mA时，加热系统将开启为保温箱加热；当通过控制系统的电流达到2mA时，加热系统将关闭。若要使得保温箱内温度低于48°C，加热系统就开启，应将R2调为Ω；16．（2023·福建福州·福建省福州第一中学校考二模）电子温度计的核心元件是热敏电阻。某型号的热敏电阻说明书显示的图如图甲所示。学习小组想测量该热敏电阻在34~42°C的阻值与温度的关系。实验器材有电源（输出电压恒为，电流表A（量程，内阻约为50Ω）等，实验电路图如图乙所示。主要实验步骤如下：①闭合开关S，调节滑动变阻器R，使电流表满偏；②保持滑动变阻器R接入电路的阻值不变，断开开关S，将做好防水处理后同温度计一起放进烧杯里，烧杯中倒入温水，当温度计示数为合适值时，读出电流表示数I；③水温逐渐降低，读出不同温度下电流表示数I，填到记录表格中。请完成以下问题；（1）有两个滑动变阻器可供选择，最大阻值分别为100Ω、200Ω，本实验应选择最大阻值为Ω的滑动变阻器。（2）温度为42°C时电流表指针如图丙所示，读数为I=mA，则测得的此温度下热敏电阻的阻值=Ω（保留1位小数）。（3）小组利用此热敏电阻和电磁继电器设计一个温度报警装置，环境温度低于42°C时报警指示灯不亮，达到或超过42°C时指示灯亮，电路图如图丁所示。则指示灯应连接在间（填“AB”或“CD”）。17．（2023·河北邢台·河北巨鹿中学校联考三模）某科技兴趣小组对具有自动加水功能的家用电热壶的原理十分感兴趣，于是自行设计了一个简化的装置示意图和电路图，如图1所示。该装置可以实现在壶中的水量不足时自动加水，而在达到“预设水量”时，又能够自动停止加水的目的。底座可以承受水壶和水的全部重量，底座压在一个以O点为固定转轴的L形杠杆上。杠杆段水平，另一端与压力传感器接触，的阻值与压力F之间的关系图像如图2所示。当“控制电路”的输入端电压大于等于1V时，能控制水泵的电机开始工作，将水抽到水壶中。已知电源的电动势为，内阻为，为电阻箱（），水壶中没有水时，水壶和底座的总质量为，重力加速度g取，“控制电路”输入端中的电流十分微弱，可以忽略，杠杆绝缘且质量不计，不考虑加水时水流的冲击力。回答下列问题：（1）水龙头往水壶加水的过程中，的阻值逐渐，两端的电压逐渐（均选填“增大”或“减小”）；为了实现上述功能，“控制电路”的输入端应该并联在电路的端点（选填“a、b”或“c、d”）。（2）该小组的同学调节底座与杠杆的接触位置B，使图中的长度为长度的2倍，并要求“预设水量”为1L（对应的水的质量为）。已知电阻受到的压力，其中为杠杆上B点受到的压力，则应将调节为，此时两端的电压为V。18．（2023·山东青岛·统考三模）山东省有全国最大的温室智能化育苗蔬菜基地，蔬菜育苗过程对环境要求严格，温室内的空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度以及光照强度等都很重要。其中光照强度简称照度，可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为勒克斯（1x）。蔬菜生长适宜的照度为4000~25000lx，为了控制照度，科技人员设计了图甲所示的智能光控电路，当照度低于4000lx时，启动照明系统进行补光。（1）智能光控电路的核心元件是光敏电阻，某同学如图乙连接各元件，测量光敏电阻在不同照度时的电阻，则在闭合电路开关前应该把滑动变阻器滑到（选填“1”或“2”）端；请根据图乙在虚线框内画出对应的电路图；（2）通过测量得出了电阻随照度变化的规律如图丙所示，由图可判断光敏电阻的阻值与照度反比例函数关系（选填“满足”或“不满足”）；（3）该同学用上述光敏电阻连接成图甲所示的控制电路，其中电源电动势，内阻，定值电阻，电阻箱的阻值调节范围是0~999.9Ω，光敏电阻的电压U增加到2.0V时光照系统开始工作，为了使光敏电阻在照度降低到4000lx时，自动控制系统开始补光，电阻箱的阻值应该调节为Ω；（4）该光控装置使用较长时间后电源内阻变大，使得自动控制系统正常工作时的最小照度4000lx（选填“大于”“小于”或“等于”）。19．（2023·黑龙江哈尔滨·哈九中校考三模）如图甲所示为苹果