第十章 实验十一 传感器的简单应用

第十章实验十一传感器的简单应用第1页，课件共32页，创作于2023年2月第2页，课件共32页，创作于2023年2月一、实验目的1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性．2．了解传感器在技术上的简单应用．第3页，课件共32页，创作于2023年2月二、实验原理传感器能将它感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)．其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号．例如，光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号，热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号，转换后的信号经过电子电路的处理就可达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的．第4页，课件共32页，创作于2023年2月传感器工作的原理可用下面框图表示：第5页，课件共32页，创作于2023年2月三、实验器材热敏电阻、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．四、研究热敏电阻的热敏特性1．实验步骤(1)按图实－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”，并选择适当的量程测出烧杯中没有热图实－11－1水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；第6页，课件共32页，创作于2023年2月(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、电阻值填入下表中，分

析热敏电阻的特性.次数待测量温度(℃)电阻(Ω)第7页，课件共32页，创作于2023年2月(2)在图实－11－2所示的坐标系中，

粗略地画出热敏电阻的阻值随

温度变化的图线．图实－11－2(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．第8页，课件共32页，创作于2023年2月五、研究光敏电阻的光敏特性1．实验步骤(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图实－11－3所示电路连接好，其中多用电表置于欧姆“×100”挡；图实－11－3(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)遮光时电阻值又是多少？并记录．第9页，课件共32页，创作于2023年2月2．数据处理把记录的结果填入下表中，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．第10页，课件共32页，创作于2023年2月六、注意事项1．在热敏实验时，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．在光敏实验中，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射到光敏电阻上

的光的多少．3．欧姆表每次换挡后都要重新调零．七、误差分析此实验的误差主要来源于温度计和欧姆表的读数．第11页，课件共32页，创作于2023年2月八、实验改进对于热敏电阻的特性，可用以下实验进行：如图实－11－4所示，将多用电图实－11－4表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表针指在某一刻度，观察下述操作下的指针偏转情况：第12页，课件共32页，创作于2023年2月(1)往Rt上擦一些酒精；(2)用吹风机将热风吹向电阻．实验分析：(1)中指针左偏，说明Rt的阻值增大；酒精蒸发

吸热，热敏电阻的温度降低，所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大．(2)中指针右偏，说明Rt的阻值减小，而热敏电阻Rt的温度升

高，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．优点：改进后的实验简单易操作，学生很快得出结论．第13页，课件共32页，创作于2023年2月第14页，课件共32页，创作于2023年2月[例1]

热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整．已知常温下待测热敏电阻的阻值约4Ω～5Ω.将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1Ω)、直流电压表(内阻约5kΩ)、滑动变阻器(0～20Ω)、开关、导线若干．电阻传感器第15页，课件共32页，创作于2023年2月(a)图实－11－5第16页，课件共32页，创作于2023年2月(1)在图实－11－5(a)中画出实验电路图．(2)根据电路图，在图实－11－5(b)所示的实物图上连线．(3)简要写出完成接线后的主要实验步骤．第17页，课件共32页，创作于2023年2月[解析]

常温下待测热敏电阻的阻值(约4Ω～5Ω)较小，应该选用安培表外接法．热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，热敏电阻两端的图实－11－6电压由零逐渐增大，滑动变阻器选用分压式．(1)实验电路如图实－11－6所示．(2)根据电路图，连接实物图如图实－11－7所示．第18页，课件共32页，创作于2023年2月图实－11－7第19页，课件共32页，创作于2023年2月(3)完成接线后的主要实验步骤：①往保温杯里加一些热水，待温度计稳定时读出温度计值；②调节滑动变阻器，快速测出几组电压表和电流表的值；③重复①和②，测量不同温度下的数据；④绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线．[答案]

见解析第20页，课件共32页，创作于2023年2月力传感器[例2]

如图实－11－8所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑动变阻器，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，与P1相连的金属细杆可在被固定的竖直光滑绝缘杆MN上保持水平状态，金属细杆与托盘相连．金属细杆所受重力忽略不计，弹簧处于原长时P1刚好指向A端，若P1、P2间出现电压时，该电压经过放大通过信号转换后在显示屏上显示出质量的大小．已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源的电动势为E，电源的内阻忽略不计，信号放大器、信号转换器和显示器的分流作用忽略不计．求：第21页，课件共32页，创作于2023年2月图实－11－8第22页，课件共32页，创作于2023年2月(1)托盘上未放物体时在托盘的自身重力作用下P1距A端的距离x1；(2)在托盘上放有质量为m的物体时P1距A端的距离x2；(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，从而使P1、P2间的电压为零，校准零点后将被称物体放在托盘上．试推导出被称物体的质量m与P1、P2间电压U的函数关系式．第23页，课件共32页，创作于2023年2月[思路点拨]托盘上未放物体时，托盘有重力，此时弹簧的压缩量为多少？在托盘上放有质量为m的物体时，只有物体压缩弹簧吗？放上重物后，向下压缩弹簧，带动指针向下运动，从而使P1和P2之间的电阻长度发生变化，导致两点间的电压有变化，最终根据闭合电路的欧姆定律，能换算出物体的质量和电压U的关系吗？第24页，课件共32页，创作于2023年2月第25页，课件共32页，创作于2023年2月创新设计实验[例3]

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26页，课件共32页，创作于2023年2月(1)根据表中数据，请在图实－11－9所示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．图实－11－9第27页，课件共32页，创作于2023年2月第28页，课件共32页，创作于2023年2月定值电阻：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．图实－11－10第29页，课件共32页，创作于2023