1、第六章 传感器第3节 实验：传感器的应用一、传感器的应用1斯密特触发器斯密特触发器是一种特殊的_电路，如图所示。当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候，Y会从低电平跳到高电平。斯密特触发器可以将_的模拟信号转换为_的数字信号。2光控开关如图所示的光控开关电路中的LED是_，RG是_，当有较强的光照射RG时，斯密特触发器Y端输出_电平。3温度报警器如图所示的温度报警器电路中RT是_，当环境温度较高时，蜂鸣器将_。二、温度传感器的应用测温仪1测温仪：应用温度传感器把_转换成电信号，再由指针式仪表或数字式仪表显示出来，从而
2、构成_或数字式温度计。测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶等，还可以是红外线敏感元件等。2特点：由于电信号可以由测温地点传输到其他地点，所以应用温度传感器可以_读取温度的数值，这是把非电学量转变为电学量的一大优点。3非接触式红外测温仪利用红外线敏感元件可以实现_。由于物体的_不同，发射红外线的情况也不同，非接触式红外测温仪通过接收人体的红外辐射实现体温测试，可在距离人体50300 cm处快速、有效地筛查出公共场所中的高温人员，再由医护人员对其进行确诊。一般的非接触式红外测温仪测温速度小于0.5 s，分辨力达到0.l。与传统的接触式医用温度计相比有两大优点：（1）非接触式红外测温仪在测温时
3、_与被测物体表面接触，不像口含式温度计或红外测温仪那样近距离读取测量值；（2）可_显示温度值，而口含式温度计要30 s后才能显示最终温度值。三、光传感器的应用鼠标器1结构：机械式鼠标器的内部结构如图甲所示。其主要部件为一个滚球、两套滚轴、有许多等间距小齿的码盘、_、两个红外线接收管。两个红外接收管就是两个_。如下图。2原理：当鼠标插入计算机插孔后，两个红外线发光二极管就开始发光。鼠标器移动时，滚球运动通过轴带动两个码盘转动，红外线接受管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的脉冲信号，计算机分别统计x、y两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的_。“非”门 连续变化 突变 发光二极管 光
4、敏电阻 高 热敏电阻 发出鸣叫声温度 指针式温度计 远距离 无接触测温 温度 不必 立即发光二极管 光传感器 位移电磁继电器的工作原理 当线圈 A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动触点D向下与E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电路。【例题】现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干，如图所示，试设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程。参考答案：见解析试题解析：（1）电路图如图所示：热敏电阻R
5、1与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路；（2）工作过程：闭合开关S当温度低于设计值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通电炉丝加热。当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热。当温度低于设计值，又重复前述过程。1如图所示为斯密特触发器，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值（1.6 V）时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平（0.25 V），而当输入端A的电压下降到另一个值的时候（0.8 V），Y会从低电平跳到高电平（3.4 V）。图乙为一光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻。关于斯密特触发器
6、和光控电路的下列说法中错误的是A斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号B斯密特触发器是具有特殊功能的非门C要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些D当输出端Y突然从高电平跳到低电平时，二极管发光2（2018北京师大附中高二期中）如图所示，是一种加速度计的设计图。较重的滑块2可以在光滑的框架l中平移，滑块两侧用两根相同的弹簧3拉着；R为滑动变阻器，4是滑动片，它与电阻器任一端间的电阻值都与它到这端的距离成正比。两个电池E的电压相同。按图连接电路后，调电压表指针恰好在中央的零点。已知当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。将框架固定在运动的物体上，则下列说法正确的是A当框架和物体
7、一起向右匀速运动时，电压表的指针将向右偏转B当框架和物体一起向左匀速运动时，电压表的指针将向右偏转C当框架和物体一起向右加速运动时，电压表的指针将向右偏转D当框架和物体一起向左加速运动时，电压表的指针将向右偏转3如图所示，实线是某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向从t1时刻由静止开始运动时，数据采集器记录下的力传感器中拉力的大小变化情况。从图中可以知道该钩码的重力约为_N。A、B、C、D四段图线中，钩码处于超重状态的为_，处于失重状态的为_。4传感器是一种将非电学量转换成电信号的检测装置，它是实现自动检测和自动控制的手摇环节；某物理课外活动小组利用力传感器和位移传感器进一步探究变力作用下的动
8、能定理。如图甲所示，他们用力传感器通过定滑轮直接拉固定在小车上的细绳，测出拉力F；用位移传感器测出小车的位移s和瞬时速度。已知小车质量为200 g。（1）某次实验得出拉力F随位移s变化规律如图乙所示，速度v随位移s变化规律如图丙所示。利用所得的Fs图象，求出s=0.30 m到0.52 m过程中力F做功W=_J，此过程动能的变化Ek=_J（保留2位有效数字）。（2）下列情况中可减小实验误差的操作是_。（填选项前的字母，可能不止一个选项）A使拉力F要远小于小车的重力B实验时要先平衡摩擦力C要使细绳与滑板表面平行5（2018山东省滨州市高三期末）某同学通过实验制作一简易温控开关，实验原理图如图所示，
9、当继电器电流超过10 mA时，衔铁吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约为，热敏电阻与温度t的关系如下表所示。（1）提供的实验器材有电源E1（3 V，内阻不计）；电源E2（6 V，内阻不计）；滑动变阻器；滑动变阻器；热敏电阻Rt电阻箱开关S，导线若干为使该装置实验对之间任意温度的控制，电源应选_（选填“E1”或“E2”）；滑动变阻器选_（选填“R1”或“R2”）（2）欲使热敏电阻为时衔铁吸合，下列操作步骤正确的顺序是_将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合烧断开关，将电阻箱从电路中移除合上开关，调节滑动变阻器的阻值断开开关，用变阻箱替换热敏电阻，将变阻箱电阻调至 6如图所示，一条形
10、磁铁置于水平转台上随转台一起做匀变速转动，一磁传感器位于转台边缘。从而可以获得传感器所在位置的磁感应强度随时间的变化曲线如图。图中横坐标为时间轴，读数为3秒/每格，纵坐标为磁感应强度。求：（1）请类比平均速度的定义方法，定义平均角速度，并求出转台在测量期间的平均角速度；（2）请类比加速度的定义方法，定义角加速度，并求出转台的角加速度。7（2018山东省泰安市宁阳一中高二期末）某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响图
11、甲中继电器的供电电压U1=3 V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30 。当线圈中的电流大于等于50 mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图象。（1）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱_相连，指示灯的接线柱D应与接线柱_相连（均选填“A”或“B”）。（2）当环境温度升高时，热敏电阻阻值将_，继电器的磁性将_（均选填“增大”、“减小”或“不变”），当环境温度达到_时，警铃报警。8如图所示是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由光源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成。其中光电管是一种光照射后会从阴极发射出电子的元件。（1）示意图中，a端应
12、是电源的_极；（2）光控继电器的原理是：当光照射光电管时，_。9（2018山西省阳高县第一中学高二结业考试）某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为k），如图所示测量时先调节输入端的电压，使传感器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体质量成正比的输出电压，现有下列器材：力电传感器、质量为的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电传感器的受压面上）。请完成对该物体质量的测量：（1）设计一个电路，要求力电传感器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图
13、。（2）以下为简要的测量步骤，请将不完整处补充完整：A调节滑动变阻器，使传感器的输出电压为零；B将_放在传感器上，记下输出电压U0；C将待测物放在传感器上，记下输出电压；（3）根据以上测量，可求出：比例系数_，待测物体的质量_。10（1）某一电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件，在接线柱间以如图所示的 “Z”字形连接（两接线柱间只有一个元件）。为了确定各元件种类，小华同学把DIS计算机辅助实验系统中的电流传感器由（相当于电流表）与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后，分别将AB、BC、CD接入电路，闭合开关，计算机显示的电流随时间变化的图象分别如图a、b、c所示，则如下判断中正确的是
14、_。AAB间是电容器BBC间是电感线圈CCD间是电容器DCD间是定值电阻（2）某同学欲设计一个电路，自制一台电子秤，通过査阅资料发现电子秤的主要部件为一个压敏电阻，允许通过的最大电流为0.5 A，现有下列器材：压敏电阻、质量为m的砝码、电流表、滑动变阻器、干电池各一个、开关及导线若干、待测物体（可置于压敏电阻的受压面上）。A直流电源：电动势约4.5 V，内阻很小；B电流表Al：量程00.6 A，内阻0.125；C电流表A2：量程03.0 A，内阻0.025；D滑动变阻器Rl：最大阻值10；E滑动变阻器R2：最大阻值50；F开关、导线等。在可供选择的器材中，应该选用的电流表是_，应该选用的滑动变
15、阻器是_。（填器材前面对应的选项字母）根据所选器材设计一个电路，用来描绘压敏电阻的电流随压力变化的关系图象，要求压敏电阻两端电压调节范围尽可能大，在方框中画出测量的原理电路，并根据设计的电路图连接实物图，如图所示：11（2018福建省三明市高二期末）如图所示，图甲为热敏电阻的Rt图像，图乙为用此热敏电阻和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 。当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合为继电器线圈供电的电池的电动势E=9.0 V，内阻不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。（1）应该把恒温箱内的加热器接在_（填“A、B”端或“C、D”端）；（2）若恒温箱系统要
16、保持温度为50，则需把滑动变阻器调节到_；为了实现调节滑动变阻器到此阻值进行了下列步骤：电路接通前，滑动变阻器调节最大，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值应为_；将单刀双掷开关向_（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至继电器的衔铁被吸合。保持滑动变阻器的位置不变，将单刀双掷向另一端闭合，恒温箱系统即可正常使用。12一台臭氧发生器P的电阻为10 k，当供电电压等于24 V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100 ，黑暗时为1
17、 000 ，允许通过的最大电流为3 mA；电源E的电压为36 V，内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0100 ，允许通过的最大电流为0.4 A；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）13（2018广西壮族自治区南宁市第二中学高二期中）传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量（如温度、光、声等）转换成便于测量的量（通常是电学量），例如热传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻随温度变化
18、的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图。则（1）为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在_（选填“a”或“b”）。（2）若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向_移动（选填“左”或“右”）。14某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为k）。如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0，而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个，开关及导线若干，待测物体（可置于力电转换器的受压面
19、上）。请完成对该物体质量的测量。（1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在图中画出完整的测量电路图。（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。（3）请设想实验中可能会出现的一个问题。15（2018宁夏银川市第二中学高三等值卷）在实际应用中有多种自动控温装置，以下是其中两种控温装置：（1）图（a）为某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1= 2 k，R2 = 1.5 k，R3 = 4 k，Rt为热敏电阻，其电阻随温度变化的图像如图（b）所示。当a、b两点电势a3 k；（2）PQ=0.1（tt0），PQ与温度t之间关系的图象如图；由图可知，当
20、温度为70左右时，发热功率和散热功率相等，即此时物体的温度不再变化；当温度稍高于稳定温度时：加热器电阻增大，产生的焦耳热的功率小于散热的功率，温度将下降；当温度稍低于稳定温度时：加热器电阻减小，产生的焦耳热的功率大于散热的功率，温度将上升。故选B.【名师点睛】（1）本题主要考查了同学们识图能力以及分析问题和解决问题的能力，要能根据题目的意思得出当Uab=0时，恒温箱保持稳定。（2）本题考查学生对图象的理解及应用，图象法为物理中常用方法，应学会熟练应用。在应用中重点掌握：（1）图象中坐标的含义；（2）图象的变化；（3）截矩的意义；（4）斜率的意义。16（1）连线如图所示 （2）R2 （3）650
21、.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 c 报警器开始报警【解析】（1）电路连线如图。（2）在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏，可知外电阻的取值范围大约是，报警器的电阻是650.0 ，所以滑动变阻器的取值范围在250 到1 150 之间，所以滑动变阻器应该选R2。（3）本题采用的是等效替换法，先用变阻箱来代替热敏电阻，所以变阻箱的阻值要调节到热敏电阻的临界电阻也就是在60 时阻值为650.0 ；为防止接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏，滑动变阻器的滑片应置于b端；先把变阻箱的电阻接入电路，调节滑动变阻器的电阻，调至报警器开始报警时，保持滑动变阻器的阻值不变，接到热敏电阻上，当热敏电阻的阻值是650.0 时，也就是温度达到了60 ，报警器开始报警。【名师点睛】本题主要考查闭合电路欧姆定律的应用、等效替换法。要特别注意本题使用了等效替换法，先用电阻箱的阻值来代替热敏电阻来调节电路，再接入热敏电阻时，就可以直接工作，这种做法灵活、方便、安全。