1、5.3 利用传感器制作简单的利用传感器制作简单的自动控制装置自动控制装置常见传感器的特性及应用1.光传感器光传感器光敏电阻：光照强，电阻小。光敏电阻：光照强，电阻小。应用：光控开关。应用：光控开关。2.温度传感器温度传感器(1)金属热电阻：温度高，电阻大。金属热电阻：温度高，电阻大。应用：电阻温度计。应用：电阻温度计。(2)热敏电阻：温度高，电阻小。热敏电阻：温度高，电阻小。应用：液位报警器。应用：液位报警器。(3)感温铁氧体：在感温铁氧体：在103时失去磁性。时失去磁性。应用：电饭锅。应用：电饭锅。(4)双金属片：同温时向膨胀系数小的一侧弯曲。双金属片：同温时向膨胀系数小的一侧弯曲。应用：电
2、熨斗。应用：电熨斗。3.压力传感器压力传感器电阻应变片：拉伸时电阻大，压缩时电阻小。电阻应变片：拉伸时电阻大，压缩时电阻小。应用：电子秤。应用：电子秤。4.磁传感器磁传感器霍尔元件：通恒流霍尔元件：通恒流I、加加I的磁场的磁场B，在第三个垂向有电压在第三个垂向有电压UH。应用：测电流大小、测转速等。应用：测电流大小、测转速等。5.其他传感器其他传感器(1)电容式位移传感器；电容式位移传感器；(2)电感式位移传感器。电感式位移传感器。有源蜂鸣器3V-12V6V碱锰干电池小型2档2脚KCD-2P开关JQX-14FC-1Z 小型继电器实验实验1 门窗防盗报警装置门窗防盗报警装置表表1 基本元件及参数
3、基本元件及参数1.装置示意图及电路图装置示意图及电路图门的上沿嵌入一小块永磁体门的上沿嵌入一小块永磁体 M，门框内与，门框内与 M 相对的位置嵌入干相对的位置嵌入干簧管簧管 SA，并将干簧管接入报警电路。，并将干簧管接入报警电路。 干簧管可将门与门框的相对干簧管可将门与门框的相对位置这一非电学量转换为电路的通断。位置这一非电学量转换为电路的通断。门窗防盗报警装置门窗防盗报警装置门窗防盗报警装置电路图门窗防盗报警装置电路图 干簧管作为传感器，感知磁干簧管作为传感器，感知磁体磁场是否存在。体磁场是否存在。继电器继电器(虚线框内虚线框内)为执行装置。为执行装置。发光二极管发光二极管LED为电路正常为
4、电路正常工作提示。工作提示。R为发光二极管的限流电阻，为发光二极管的限流电阻，起保护作用。起保护作用。蜂鸣器蜂鸣器H作为报警提醒。作为报警提醒。实验实验1 门窗防盗报警装置门窗防盗报警装置2.电路工作原理电路工作原理闭合电路开关闭合电路开关S，系统处于防盗状态。，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。，使继电器工作。继电器的动触点继电器的动触点c 与常开触点与常开触点a接通，发光二极管接通，发光二极管LED发光，显示发光，显示电路处于正常工作状态。电路
5、处于正常工作状态。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的动触点电。继电器的动触点c与常闭触点与常闭触点 b接通，蜂鸣器接通，蜂鸣器H发声报警。发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。个自动的双向开关。abcK实验实验1 门窗防盗报警装置门窗防盗报警装置3.实验操作实验操作(1)连接电路前，用磁体靠近干连接电路前，用磁体靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。簧管，观察簧片能否正常动作。(2)确定各元件可以正常工作后，
6、确定各元件可以正常工作后，按图连接电路。按图连接电路。(3)接通电源后，将磁体靠近和接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。离开干簧管，分别观察实验现象。实验实验1 门窗防盗报警装置门窗防盗报警装置晶体三极管是半导体基本元件之一，具有晶体三极管是半导体基本元件之一，具有电流放大作用电流放大作用，在控制，在控制电路中常用作电子开关。电路中常用作电子开关。三极管由三个电极组成：发射极三极管由三个电极组成：发射极e、基极、基极b和集电极和集电极c，有，有 NPN型型和和PNP型两种。型两种。三极管的一个重要特性是，从基极输入一个较小的电流，就会在三极管的一个重要特性是，从基极输入一个较
7、小的电流，就会在集电极获得较大的电流。此外，三极管还具有完成集电极获得较大的电流。此外，三极管还具有完成断路和接通的开断路和接通的开关作用关作用。实验实验2 光控开关光控开关1.晶体三极管的晶体三极管的功能功能：电流放大作用、开关作用：电流放大作用、开关作用发光二极管发光二极管LED 模仿路灯，模仿路灯，RG为光敏电阻，为光敏电阻，R2为发光二极管的为发光二极管的限流电阻。限流电阻。 可调电阻可调电阻R1与光敏电阻与光敏电阻RG组成串联分压电路，把光敏电阻因光照组成串联分压电路，把光敏电阻因光照而发生的电阻变化，转换为电压变化，加载到三而发生的电阻变化，转换为电压变化，加载到三 极管极管VT的
8、基极的基极b上。上。当基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正当基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻极经电阻R2、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通。回路被导通。可调电阻可调电阻R1的作用是调整设定电路对周边光亮度的的作用是调整设定电路对周边光亮度的 反应，在电路反应，在电路中能够控制三极管的基极电流。如果把中能够控制三极管的基极电流。如果把R1阻值调得更大些，就会在阻值调得更大些，就会在天更暗时才点亮路灯。天更暗时才点亮路灯。2.实验器材和装置实验器材和装置实验实验2 光控开关光控开
9、关3.用继电器启闭供电电路用继电器启闭供电电路为了能够驱动更大功率的负载，如采用小灯泡模仿路为了能够驱动更大功率的负载，如采用小灯泡模仿路 灯，就要使灯，就要使用继电器来启、闭另外的供电电路，如图中用继电器来启、闭另外的供电电路，如图中K为继电器的线圈，为继电器的线圈，S 为它的常开触点。为它的常开触点。为了防止继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏三极管，必为了防止继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏三极管，必须给线圈并联一只二极管须给线圈并联一只二极管D，以提供自感电流释放的通路。，以提供自感电流释放的通路。实验实验2 光控开关光控开关表表2 基本元件及参数基本元件及参数实验实验2 光控
10、开关光控开关4.电路工作原理电路工作原理当环境光比较强时，光敏电阻当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。不亮。当环境光比较弱时，光敏电阻当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡动继电器吸合而
11、点亮小灯泡L。实验实验2 光控开关光控开关(1)按图连接电路，检查无误后，接通电源。按图连接电路，检查无误后，接通电源。(2)让光敏电阻让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光使发光二极管二极管LED或小灯泡或小灯泡L刚好不发光。刚好不发光。 (3)遮挡遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡或小灯泡L发光。发光。 (4)让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小或小灯泡灯泡L熄灭。熄灭。 如果实验现象不明显，可用
12、手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。再进行观察。5.实验操作实验操作 实验实验2 光控开关光控开关解：解：加速度加速度a向右时，电压表指针左偏。向右时，电压表指针左偏。当物体具有向右的加速度当物体具有向右的加速度a时，滑块所受时，滑块所受的弹簧的拉力的合力向右，滑块向左移动。的弹簧的拉力的合力向右，滑块向左移动。根据顺着电流方向电势降低，可知根据顺着电流方向电势降低，可知P端端的电势低于的电势低于Q点的电势，则电压表的指针将点的电势，则电压表的指针将向零点左侧偏转。向零点左侧偏转。讨论：表盘的刻度是否均匀分布？讨论：表盘的刻度是否
13、均匀分布？(P105NO.1)例例1.某同学设计了一个加速度计，如图所示。较重的滑块某同学设计了一个加速度计，如图所示。较重的滑块2可以在光可以在光滑的框架滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧中平移，滑块两侧用弹簧3拉着；拉着；R为滑动变阻器，为滑动变阻器，4是滑动片，它与是滑动片，它与电阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置就是一个加速电阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置就是一个加速度传感器。两个电池度传感器。两个电池E的电压相同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表的电压相同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当盘中央，当P端的电势高于端的
14、电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。端时，指针向零点右侧偏转。将框架固定在运动的物体上，当物体具有图示方向的加速度将框架固定在运动的物体上，当物体具有图示方向的加速度a时，电压表的指时，电压表的指针将向哪个方向偏转针将向哪个方向偏转? 简述你分析的过程。简述你分析的过程。(P105NO.1)例例1.某同学设计了一个加速度计，如图所示。较重的滑块某同学设计了一个加速度计，如图所示。较重的滑块2可以在光可以在光滑的框架滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧中平移，滑块两侧用弹簧3拉着；拉着；R为滑动变阻器，为滑动变阻器，4是滑动片，它与是滑动片，它与电阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个
15、装置就是一个加速电阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置就是一个加速度传感器。两个电池度传感器。两个电池E的电压相同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表的电压相同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当盘中央，当P端的电势高于端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。端时，指针向零点右侧偏转。将框架固定在运动的物体上，当物体具有图示方向的加速度将框架固定在运动的物体上，当物体具有图示方向的加速度a时，电压表的指时，电压表的指针将向哪个方向偏转针将向哪个方向偏转? 简述你分析的过程。简述你分析的过程。解：设加速度为解：设加速度为a时，电压表读数为时，电压表读数为U，
16、则，则2kx = maU与与a成正比，表盘刻度均匀。成正比，表盘刻度均匀。 (P108NO.4)例例2. 某同学在研究性学习活动中自制电子秤，某同学在研究性学习活动中自制电子秤， 原理示意图如图所示。原理示意图如图所示。用理想电压表的示数指示物体的质量，托盘与电阻可忽略的金属用理想电压表的示数指示物体的质量，托盘与电阻可忽略的金属 弹簧相连，托弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计，滑动变盘与弹簧的质量均不计，滑动变 阻器阻器R的滑动端与弹簧上端连接。当托盘中没有的滑动端与弹簧上端连接。当托盘中没有放物体时，滑片恰好指在变阻器的最上端，放物体时，滑片恰好指在变阻器的最上端， 此时电压表示数为此时电压
17、表示数为0。设变阻器总电。设变阻器总电阻为阻为R，总长度为，总长度为l，电源电动势为，电源电动势为E，内阻为，内阻为r，限流电阻阻值为，限流电阻阻值为R0，弹簧劲度系，弹簧劲度系数为数为k，不计一切摩擦和其他阻力。试推导出电压表示数，不计一切摩擦和其他阻力。试推导出电压表示数U与所称物与所称物 体质量体质量m的的关系式。关系式。解：空盘时，解：空盘时，U=0盘中有盘中有m时，弹簧下降时，弹簧下降x，则，则 mg = kx电路接入电阻电路接入电阻 Rx= R回路中回路中 I = 电压电压 U = IRx总结1.重要电子元件的特性重要电子元件的特性 (1)二极管：发光的、不发光的。符号。单向导电性，正负极区分。二极管：发光的、不发光的。符号。单向导电性，正负极区分。(2)继电器：符号、结构及工作原理。常开、常闭触点的区分。继电器：符号、结构及工作原理。常开、常闭触点的区分。(3)三极管：三极管：NPN、PNP型。符号。功能有电流放大、开关作用。型。符号。功能有电流放大、开关作用。2.典型的自控装置典型的自控装置(1)防盗报警器：看懂电路图，说清工作原理；会画继电器的连线。防盗报警器：看懂电路图，说清工作原理；会画继电器的连线。(2)光控开关：电路图，工作原理；会调整工作状态。光控开关：电路图，工作原理；会调整工作状态。
