第十章交變電流傳感器實(shí)驗(yàn)十一傳感器的簡(jiǎn)單使用 基 礎(chǔ) 梳 理 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 探 究 熱 敏 電 阻 、 光 敏 電 阻 的 特 性 了 解 傳感 器 的 工 作 原 理 2 了 解 傳 感 器 在 技 術(shù) 上 的 應(yīng) 用 二、實(shí)驗(yàn)原理 1 傳 感 器 的 作 用 傳 感 器 能 夠 將 感 受 到 的 物 理 量 (力 、 熱 、 光 、聲 等 )轉(zhuǎn) 換 成 便 于 測(cè) 量 的 量 (一 般 是 電 學(xué) 量 ) 2 傳 感 器 的 工 作 過(guò) 程 通 過(guò) 對(duì) 某 一 物 理 量 敏 感 的 元 件 將 感 受 到 的 信號(hào) 按 一 定 規(guī) 律 轉(zhuǎn) 換 成 便 于 測(cè) 量 的 信 號(hào) 例 如 ，光 電 傳 感 器 是 利 用 光 敏 電 阻 將 光 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 成電 信 號(hào) 熱 電 傳 感 器 是 利 用 熱 敏 電 阻 或 金 屬熱 電 阻 將 溫 度 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 成 電 信 號(hào) ， 轉(zhuǎn) 換 后 的信 號(hào) 經(jīng) 過(guò) 電 子 電 路 的 處 理 就 可 達(dá) 到 方 便 檢 測(cè) 、自 動(dòng) 控 制 、 遙 控 等 各 種 目 的 傳 感 器 工 作 的原 理 可 用 下 圖 表 示 ： 三、實(shí)驗(yàn)器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺(tái)、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、光電計(jì)數(shù)器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、光源等 四、注意事項(xiàng) 1熱敏電阻、燒杯、溫度計(jì)容易破損，實(shí)驗(yàn)中注意輕拿輕放； 2光電計(jì)數(shù)器、小燈泡的額定電壓(6 V)比較小，實(shí)驗(yàn)中切忌不要超過(guò)其額定電壓； 3燒杯中加水改變溫度時(shí)，要等熱敏電阻溫度穩(wěn)定后再測(cè)量其阻值 五、幾種常見(jiàn)傳感器 1熱電式傳感器及其應(yīng)用熱敏電阻和金屬熱電阻熱敏電阻是電阻值隨時(shí)間變化而變化的敏感元件在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以制成溫度傳感器，稱為金屬熱電阻熱敏電阻或金屬熱電阻都能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，但相比而言，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，而熱敏電阻的靈敏度好 2 幾 種 常 見(jiàn) 的 電 容 式 傳 感 器 電 容 器 的 電 容 C決 定 于 極 板 正 對(duì) 面 積 為 S、 板間 距 離 d以 及 極 板 間 的 電 介 質(zhì) 這 幾 個(gè) 因 素 ， 如果 某 一 物 理 量 (如 角 度 、 位 移 s、 深 度 h等 )的變 化 能 引 起 上 述 某 個(gè) 因 素 的 變 化 ， 從 而 引 起電 容 的 變 化 那 么 ， 通 過(guò) 測(cè) 定 電 容 器 的 電 容就 可 以 確 定 上 述 物 理 量 的 變 化 做 這 種 用 途的 電 容 器 稱 為 電 容 式 傳 感 器 如 圖 甲 所 示 是 用 來(lái) 測(cè) 定 角 度 的 電 容 式 傳 感器 當(dāng) 動(dòng) 片 與 定 片 之 間 的 角 度 發(fā) 生 變 化 時(shí) ，引 起 極 板 正 對(duì) 面 積 S的 變 化 ， 使 電 容 C發(fā) 生變 化 知 道 C的 變 化 ， 就 可 以 知 道 的 變 化情 況 如 圖 乙 所 示 是 測(cè) 定 液 面 高 度 h的 電 容 式 傳 感 器 ，在 導(dǎo) 線 芯 的 外 面 涂 上 一 層 絕 緣 物 質(zhì) ， 放 入 導(dǎo)電 液 體 中 導(dǎo) 線 芯 和 導(dǎo) 電 液 體 構(gòu) 成 電 容 器 的兩 個(gè) 極 ， 導(dǎo) 線 芯 外 面 的 絕 緣 物 質(zhì) 就 是 電 介質(zhì) 液 面 高 度 h發(fā) 生 變 化 時(shí) ， 引 起 正 對(duì) 面 積 發(fā)生 變 化 ， 使 電 容 C發(fā) 生 變 化 ， 知 道 C的 變 化 ，就 可 以 知 道 h的 變 化 情 況 圖 丙 是 測(cè) 定 壓 力 F的 電 容 式 傳 感 器 待 測(cè) 壓 力F作 用 于 可 動(dòng) 膜 片 電 極 上 的 時(shí) 候 ， 膜 片 發(fā) 生 形變 ， 使 極 板 間 距 離 d發(fā) 生 變 化 ， 引 起 電 容 C的變 化 ， 知 道 C的 變 化 ， 就 可 以 知 道 F的 變 化 情況 如 圖 丁 所 示 是 測(cè) 定 位 移 x的 電 容 式 傳 感 器 隨著 電 介 質(zhì) 進(jìn) 入 極 板 間 的 長(zhǎng) 度 發(fā) 生 變 化 ， 電 容C發(fā) 生 變 化 知 道 C的 變 化 ， 就 可 以 知 道 x的變 化 情 況 方 法 規(guī) 律 一、研究熱敏電阻的熱敏特性 1 實(shí) 驗(yàn) 步 驟 (1)按 圖 所 示 連 接 好 電 路 ， 將 熱 敏 電 阻 絕 緣 處 理 ； (2)把 多 用 電 表 置 于 “ 歐 姆 ” 擋 ， 并 選 擇 適 當(dāng) 的 量 程 測(cè) 出 燒杯 中 沒(méi) 有 熱 水 時(shí) 熱 敏 電 阻 的 阻 值 ， 并 記 下 溫 度 計(jì) 的 示 數(shù) ； (3)向 燒 杯 中 注 入 少 量 的 冷 水 ， 使 熱 敏 電 阻 浸 沒(méi) 在 冷 水 中 ，記 下 溫 度 計(jì) 的 示 數(shù) 和 多 用 電 表 測(cè) 量 的 熱 敏 電 阻 的 阻 值 ； (4)將 熱 水 分 幾 次 注 入 燒 杯 中 ， 測(cè) 出 不 同 溫 度 下 熱 敏 電 阻 的阻 值 ， 并 記 錄 2 數(shù) 據(jù) 處 理 (1)根 據(jù) 記 錄 數(shù) 據(jù) ， 把 測(cè) 量 到 的 溫 度 、 電 阻 值 填 入 表 中 ， 分析 熱 敏 電 阻 的 特 性 . 次 數(shù)待 測(cè) 量 溫 度 ( )電 阻 () (2)在 如 圖 坐 標(biāo) 系 中 ， 粗 略 畫 出 熱 敏 電 阻 的阻 值 隨 溫 度 變 化 的 圖 線 二、研究光敏電阻的光敏特性 1實(shí)驗(yàn)步驟 (1)將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按圖所示連接好電路其中多用電表置于“100”擋 (2)先 測(cè) 出 在 室 內(nèi) 自 然 光 的 照 射 下 光 敏 電 阻 的阻 值 ， 并 記 錄 數(shù) 據(jù) ； (3)打 開 電 源 ， 讓 小 燈 泡 發(fā) 光 ， 調(diào) 節(jié) 小 燈 泡 的亮 度 使 之 逐 漸 變 亮 ， 觀 察 表 盤 指 針 顯 示 電 阻阻 值 的 情 況 ， 并 記 錄 ； (4)用 手 掌 (或 黑 紙 )遮 光 時(shí) 電 阻 值 又 是 多 少 ，并 記 錄 . 2.數(shù) 據(jù) 處 理 把 記 錄 的 結(jié) 果 填 入 下 表 中 ， 根 據(jù) 記 錄 數(shù) 據(jù) 分 析 光 敏 電 阻 的特 性 光 照 強(qiáng) 度 弱 中 強(qiáng) 無(wú) 光 照 射阻 值 () 三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)對(duì)于熱敏電阻的特性，可用下面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究： 1.實(shí)驗(yàn)裝置：如圖所示，RT為熱敏電阻，多用電表調(diào)至歐姆擋 2.實(shí) 驗(yàn) 步 驟 (1)按 如 圖 連 接 電 路 ， 將 多 用 電 表 的 選 擇 開 關(guān)置 于 “ 歐 姆 ” 擋 ， 并 讓 其 兩 支 表 筆 與 負(fù) 溫 度系 數(shù) 的 熱 敏 電 阻 RT的 兩 端 相 連 ， 這 時(shí) 表 針 指在 某 一 刻 度 (2)往 熱 敏 電 阻 RT上 擦 一 些 酒 精 ， 觀 察 表 針 的偏 轉(zhuǎn) (3)用 吹 風(fēng) 機(jī) 將 熱 風(fēng) 吹 向 熱 敏 電 阻 RT， 觀 察 表針 的 偏 轉(zhuǎn) 3.實(shí) 驗(yàn) 現(xiàn) 象 及 結(jié) 論 (1)步 驟 (2)中 表 針 左 偏 ， 說(shuō) 明 熱 敏 電 阻 RT的 阻值 變 大 ， 酒 精 蒸 發(fā) 吸 熱 ， 溫 度 降 低 ， 所 以 熱敏 電 阻 的 阻 值 隨 溫 度 的 降 低 而 增 大 (2)步 驟 (3)中 表 針 右 偏 ， 說(shuō) 明 熱 敏 電 阻 RT的 阻值 變 小 ， 熱 敏 電 阻 的 阻 值 隨 溫 度 的 升 高 而 減小 . 考 向 一 溫 度 傳 感 器 的 應(yīng) 用典例1如 圖 所 示 ， 圖 甲 為 熱 敏 電 阻 的 Rt圖象 ， 圖 乙 為 用 此 熱 敏 電 阻 R和 繼 電 器 組 成 的一 個(gè) 簡(jiǎn) 單 恒 溫 箱 溫 控 電 路 ， 繼 電 器 的 電 阻 為100 .當(dāng) 線 圈 的 電 流 大 于 或 等 于 20 mA時(shí) ，繼 電 器 的 銜 鐵 被 吸 合 為 繼 電 器 線 圈 供 電 的電 池 的 電 動(dòng) 勢(shì) E 9.0 V， 內(nèi) 阻 不 計(jì) 圖 中 的“ 電 源 ” 是 恒 溫 箱 加 熱 器 的 電 源 (1)應(yīng) 該 把 恒 溫 箱 內(nèi) 的 加 熱 器 接 在_(填 “ A、 B端 ” 或 “ C、 D端 ” ) (2)如 果 要 使 恒 溫 箱 內(nèi) 的 溫 度 保 持 在 50 ， 可變 電 阻 R 的 阻 值 應(yīng) 調(diào) 節(jié) 為 _. 解析恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在A、B端當(dāng)線圈中的電流較小時(shí)，繼電器的銜鐵在上方，恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高，熱敏電阻R的阻值變小，則線圈中的電流變大，當(dāng)線圈的電流大于或等于20 mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸到下方來(lái)，則恒溫箱加熱器與電源斷開，加熱器停止工作，恒溫箱內(nèi)溫度降低 考 向 二 力 傳 感 器 的 應(yīng) 用典例2在 科 技 活 動(dòng) 中 某 同 學(xué) 利 用 自 制 的 電 子秤 來(lái) 稱 量 物 體 的 質(zhì) 量 ， 如 圖 所 示 ， 為 電 子 秤的 原 理 圖 ， 托 盤 和 彈 簧 的 電 阻 與 質(zhì) 量 均 不計(jì) 滑 動(dòng) 變 阻 器 的 滑 動(dòng) 端 與 彈 簧 上 端 連 接 ，當(dāng) 托 盤 中 沒(méi) 有 放 物 體 時(shí) ， 電 壓 表 示 數(shù) 為零 設(shè) 變 阻 器 的 總 電 阻 為 R， 總 長(zhǎng) 度 為 l， 電源 電 動(dòng) 勢(shì) 為 E， 內(nèi) 阻 為 r， 限 流 電 阻 的 阻 值 為R0， 彈 簧 勁 度 系 數(shù) 為 k， 不 計(jì) 一 切 摩 擦 和 其 他阻 力 ， 電 壓 表 為 理 想 表 ， 當(dāng) 托 盤 上 放 上 某 物體 時(shí) ， 電 壓 表 的 示 數(shù) 為 U， 求 此 時(shí) 稱 量 物 體的 質(zhì) 量 考 向 三 光 電 傳 感 器 的 應(yīng) 用典例3為 了 節(jié) 能 和 環(huán) 保 ， 一 些 公 共 場(chǎng) 所 使 用光 控 開 關(guān) 控 制 照 明 系 統(tǒng) 光 控 開 關(guān) 可 采 用 光敏 電 阻 來(lái) 控 制 ， 光 敏 電 阻 是 阻 值 隨 著 光 的 照度 而 發(fā) 生 變 化 的 元 件 (照 度 可 以 反 映 光 的 強(qiáng) 弱 ，光 越 強(qiáng) 照 度 越 大 ， 照 度 單 位 為 lx) 某 光 敏 電阻 ROS， 在 不 同 照 度 下 的 阻 值 如 下 表 所 示 ：照 度 (lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2電 阻 (k) 75 40 28 23 20 18 (1)根 據(jù) 表 中 數(shù) 據(jù) ， 請(qǐng) 在 圖 給 定 的 坐 標(biāo) 系 中描 繪 出 阻 值 隨 照 度 變 化 的 曲 線 ， 并 說(shuō) 明 阻值 隨 照 度 變 化 的 特 點(diǎn) (2)如 圖 所 示 ， 當(dāng) 1、 2兩 端 所 加 電 壓 上 升 至 2 V時(shí) ， 控 制 開關(guān) 自 動(dòng) 啟 動(dòng) 照 明 系 統(tǒng) ， 請(qǐng) 利 用 下 列 器 材 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 簡(jiǎn) 單 電 路給 1、 2兩 端 提 供 電 壓 ， 要 求 當(dāng) 天 色 漸 暗 、 照 度 降 低 至 1.0 lx時(shí) 啟 動(dòng) 照 明 系 統(tǒng) ， 在 虛 線 框 內(nèi) 完 成 電 路 原 理 圖 (不 考 慮控 制 開 關(guān) 對(duì) 所 設(shè) 計(jì) 電 路 的 影 響 ) 解析(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)連線，得到如圖所示的變化曲線 (2)因天色漸暗、照度降低至1.0 lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，此時(shí)光敏電阻阻值為20 k，兩端電壓為2 V，電源電動(dòng)勢(shì)為3 V，故應(yīng)加上一個(gè)分壓電阻，分壓電阻阻值為10 k，即選用R1，此電路的原理圖如圖所示 頻 考 傳 感 器 的 原 理 1 (2016廣 東 揭 陽(yáng) 高 三 模 考 )2007年 度 諾 貝 爾 物 理 學(xué) 獎(jiǎng) 授 予 了 法 國(guó) 和 德國(guó) 的 兩 位 科 學(xué) 家 ， 以 表 彰 他 們 發(fā) 現(xiàn) “ 巨 磁 電 阻 效 應(yīng) ” 基 于 巨 磁 電 阻 效應(yīng) 開 發(fā) 的 用 于 讀 取 硬 盤 數(shù) 據(jù) 的 技 術(shù) ， 被 認(rèn) 為 是 納 米 技 術(shù) 的 第 一 次 真 正 應(yīng)用 在 下 列 有 關(guān) 其 他 電 阻 應(yīng) 用 的 說(shuō) 法 中 ， 錯(cuò) 誤 的 是 ( ) A 熱 敏 電 阻 可 應(yīng) 用 于 溫 度 測(cè) 控 裝 置 中 B 光 敏 電 阻 是 一 種 光 電 傳 感 器 C 電 阻 絲 可 應(yīng) 用 于 電 熱 設(shè) 備 中 D 電 阻 在 電 路 中 主 要 起 到 通 過(guò) 直 流 、 阻 礙 交 流 的 作 用 解析熱敏電阻對(duì)溫度很敏感，光敏電阻對(duì)光照很敏感，電阻絲可用于電加熱，這很常見(jiàn)，所以A、B、C三個(gè)說(shuō)法均正確；交流電、直流電均可通過(guò)電阻，電阻對(duì)它們均可產(chǎn)生阻礙作用，所以D錯(cuò)誤 答案D 2 (2016聊城模擬)如 圖 所 示 ， R1、 R2為 定值 電 阻 ， L為 小 燈 泡 ， R3為 光 敏 電 阻 ， 當(dāng) 照射 光 強(qiáng) 度 增 大 時(shí) ( ) A 電 壓 表 的 示 數(shù) 增 大 B R2中 電 流 減 小 C 小 燈 泡 的 功 率 增 大 D 電 路 的 路 端 電 壓 增 大 解析當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，電壓表的示數(shù)增大，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；由路端電壓減小，R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓減小，則R2中電流減小，故B項(xiàng)正確；結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，故C項(xiàng)正確 答案ABC 3 在 輸 液 時(shí) ， 藥 液 有 時(shí) 會(huì) 從 針 口 流 出 體 外 ，為 了 及 時(shí) 發(fā) 現(xiàn) ， 設(shè) 計(jì) 了 一 種 報(bào) 警 裝 置 ， 電 路如 圖 所 示 M是 貼 在 針 口 處 的 傳 感 器 ， 接 觸到 藥 液 時(shí) 其 電 阻 RM發(fā) 生 變 化 ， 導(dǎo) 致 S兩 端 電壓 U增 大 ， 裝 置 發(fā) 出 警 報(bào) ， 此 時(shí) ( ) A RM變 大 ， 且 R越 大 ， U增 大 越 明 顯 B RM變 大 ， 且 R越 小 ， U增 大 越 明 顯 C RM變 小 ， 且 R越 大 ， U增 大 越 明 顯 D RM變 小 ， 且 R越 小 ， U增 大 越 明 顯 解析電阻RM變化時(shí)S兩端電壓U增大，說(shuō)明電阻RM變小同時(shí)，傳感器M對(duì)全電路的控制是通過(guò)其電阻RM的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)用極值法：若R趨近于無(wú)限大，電阻RM與R的并聯(lián)電阻的變化就等于RM的變化；若R為有限值，則RM與R的并聯(lián)電阻的變化就會(huì)小一些所以，R越大，電阻RM阻值減小同樣的數(shù)值時(shí)，U增大的數(shù)值越大，即越明顯，C正確 答案C 4 (2016保定高三質(zhì)檢)利 用 光 敏 電 阻 制 作的 光 傳 感 器 ， 記 錄 了 傳 送 帶 上 工 件 的 輸 送 情況 ， 如 圖 甲 所 示 為 某 工 廠 成 品 包 裝 車 間 的 光傳 感 記 錄 器 ， 光 傳 感 器 B能 接 收 到 發(fā) 光 元 件 A發(fā) 出 的 光 ， 每 當(dāng) 工 件 擋 住 A發(fā) 出 的 光 時(shí) ， 光傳 感 器 就 輸 出 一 個(gè) 電 信 號(hào) ， 并 在 屏 幕 上 顯 示出 電 信 號(hào) 與 時(shí) 間 的 關(guān) 系 ， 如 圖 乙 所 示 若 傳送 帶 始 終 勻 速 運(yùn) 動(dòng) ， 每 兩 個(gè) 工 件 間 的 距 離 為0.2 m， 則 下 列 說(shuō) 法 正 確 的 是 ( ) A 傳 送 帶 運(yùn) 動(dòng) 的 速 度 是 0.1 m/s B 傳 送 帶 運(yùn) 動(dòng) 的 速 度 是 0.2 m/s C 該 傳 送 帶 每 小 時(shí) 輸 送 3 600個(gè) 工 件 D 該 傳 送 帶 每 小 時(shí) 輸 送 7 200個(gè) 工 件 5 (2016上海黃浦區(qū)一模)在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 有 多 種 自 動(dòng) 控 溫 裝置 ， 以 下 是 其 中 兩 種 控 溫 裝 置 ： (1)圖 甲 為 某 自 動(dòng) 恒 溫 箱 原 理 圖 ， 箱 內(nèi) 的 電 阻 R1 2 k， R2 1.5 kg， R3 4 k， RT熱 敏 電 阻 ， 其 電 阻 隨 溫 度 變 化 的 圖象 如 圖 乙 所 示 當(dāng) a、 b兩 點(diǎn) 電 勢(shì) UaUb時(shí) ， 電 壓 鑒 別 器 會(huì) 使 S斷 開 ， 停 止 加 熱 ， 則 恒 溫 箱 內(nèi)的 穩(wěn) 定 溫 度 為 _ ， 恒 溫 箱 內(nèi) 的 電 熱 絲 加 熱 時(shí) RT的取 值 范 圍 為 _ (2)有 一 種 由 PTC元 件 做 成 的 加 熱 器 ， 它 產(chǎn)生 的 焦 耳 熱 功 率 PR隨 溫 度 t變 化 的 圖 象 如 圖丙 所 示 該 加 熱 器 向 周 圍 散 熱 的 功 率 為 PQ k(t t0)， 其 中 t為 加 熱 器 的 溫 度 ， t0為 室溫 (本 題 中 取 20 )， k 0.1 W/ 當(dāng) PR PQ時(shí) 加 熱 器 的 溫 度 即 可 保 持 穩(wěn) 定 ，則 該 加 熱 器 工 作 的 穩(wěn) 定 溫 度 為 _ ； (單 選 )某 次 工 作 中 ， 該 加 熱 器 從 室 溫 升 高至 穩(wěn) 定 溫 度 的 過(guò) 程 中 ， 下 列 溫 度 變 化 過(guò) 程 用時(shí) 最 短 的 是 ( ) A 20 24 B 32 26 C 48 52 D 60 64 謝謝觀看！