1、【 精品教育资源文库 】 第 3 讲 实验：传感器的简单应用 微知识 1 实验目的 1了解 传感器 的工作过程，掌握 敏感 元件的特性。 2学会传感器的简单使用。 微知识 2 实验原理 传感器是将它 感受 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以达到自动控制、遥控等各种目的了。 微知识 3 实验器材 热敏电阻，光敏电阻，烧杯，
2、温度计，热水，多用电表，小灯泡，学生电源，开关与导线，滑动变阻器，铁架台，光电计数器。 微知识 4 实验步骤 1研究热敏电阻的热敏特性 (1)按图所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理，多用电表的选择开关置于 “100” 挡。 (2)先用多用电表测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数。 (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 。 (5)根据记录数据，分析热敏电阻的特性。 2研究光敏电阻的光敏特性 【 精品教育资源文库 】 (1)将光电传感器、多用电表
3、、灯泡、滑动变阻器按图所示电路连接好，其中多用电表置于 “1 k” 挡。 (2)先测出小灯泡不发光时光敏电阻的阻值，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)根据记录数据，分析光敏电阻的特性。 3将手掌或一个厚纸板插入光源和光电计数器之间，观察、分析光电计数器的工作原理。 微知识 5 数据处理 根据上面记录的数据，完成以下表 格内容。 1研究热敏电阻的热敏特性 2.研究光敏电阻的光敏特性 微知识 6 注意事项 1热敏电阻、烧杯、温度计容易破损，实验中注意轻拿轻放。 2光电计数器、小灯泡的额定电压比较小 (不超过
4、6 V)，实验中切忌超过其额定电压损坏器材。 【 精品教育资源文库 】 3烧杯中加水时，要等热敏电阻温度稳定后再测量其阻值。 一、思维辨析 (判断正误，正确的画 “” ，错误的画 “” 。 ) 1热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。 () 2金属热电阻的阻值随温度的升高而减小。 () 3光敏电阻的阻值随光照强度的增大而增大。 () 二、 对点微练 1 (传感器的原理 )(多选 )关于传感器的作用，下列说法正确的有 ( ) A通常的传感器可以直接用来进行自动控制 B传感器可以用来采集信息 C传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量 D传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量 解析 传感器是将感
5、受到的非电学量转化为电学量的仪器，不同的传感器感受不同的信号， B、 C 项对。 答案 BC 2 (热敏电阻 )如图所示， R1为定值电阻， R2为负温度系数的热敏电阻 (负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻 )， L 为小灯泡，当温度降低时 ( ) A R1两端的电压增大 B电流表的示数增大 C小灯泡的亮度变强 D小灯泡的亮度变弱 解析 温度降低时 R2增加，干路电流减小， R1两端电压、电流表示数都减小，灯泡两端电压变大、亮度变强。 答案 C 3 (光敏电阻 )街旁的路灯、江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，
6、这是利用半导体的 ( ) A压敏性 B光敏性 C热敏性 D三种特性都利用 解析 街旁的路灯和江海里的航标，都是利用了半导体的光敏性，夜晚电阻大，白天电阻小，控制了电路的通断。 答案 B 【 精品教育资源文库 】 见学生用书 P178 微考点 1 热敏电阻的原理及应用 核 |心 |微 |讲 金属热电阻和热敏电阻 金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。与金属不同的是有些半导体的导电能力随温度的升高而增强，故可以用半导体材料制成热敏电阻。与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。 典 |例 |微 |探 【例 1】 某同学尝试把一个灵敏电流
7、表改装成温度表，他所选用的器材有： 灵敏电流表 (待改装 )，学生电源 (电动势为 E，内阻不计 )，滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计， PTC 热敏电阻 Rt(PTC 线性热敏电阻的阻值与摄氏温度 t 的关系为 Rt a kt， a0， k0)。 设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作。 (1)按电路图连接好实验器材。 (2)将滑动变阻器滑片 P 滑到 _(填 “ a” 或 “ b”) 端，单刀双掷开关 S 掷于_(填 “ c” 或 “ d”) 端，调节滑片 P 使电流表 _，并在以后的操作中保持滑片P 位置不动，设此时电路总电阻为 R，断开电路。 (
8、3)容器中 倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降 5 ，就将开关S 置于 d 端，并记录此时的温度 t 和对应的电流表的示数 I，然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式 I _(用题目中给定的符号表示 )。 (4)根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表。根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点：低温刻度在 _(填 “ 左 ” 或 “ 右 ”) 侧，刻度线分布是否均匀？ _(填 “ 是 ” 或 “ 否 ”) 。 【解题导思】 (1)滑动变阻器为分压式接法还是限流 式接法？闭合开关前，滑动变阻器连入电路的电【 精品教育资源文库
9、 】 阻值是最大还是最小？ 答： 滑动变阻器应为限流式接法，闭合开关前，滑动变阻器连入电路的电阻值最大。 (2)低温刻度在表盘的左侧还是右侧？ 答： 温度越低，电阻越小，回路中 I 越大，所以低温度刻度在右侧。 解析 (2)分析电路可知滑动变阻器为限流式接法，所以闭合开关前，使它的阻值处于最大值状态，即将滑片 P 滑到 a 端。为了设计表盘刻度，应使开关掷于 c 处，调节滑片，使电流表满偏。 (3)把开关置于 d 端，根据闭合电路欧姆定律得 I ER Rt，又 Rt a kt，联立得出电流与温度的关系式为 I ER a kt。 (4)因为 Rt a kt(且 a0， k0)，所以温度越低，电阻
10、越小，回路中 I 越大，所以低温度刻度在右侧，由 (3)中关系式可知电流与温度不是线性关系，所以刻度线分布不均匀。 答案 (2)a c 满偏 (3) ER a kt (4)右 否 题 |组 |微 |练 1如图所示是在温度为 10 左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻 R1 20 k ， R2 10 k ， R3 40 k ， Rt为热敏电阻，它的电阻随温度 变化的图线如图所示，当 a、 b 端电压 Uab 0 时，电压鉴别器会令开关 S 接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当 Uab 0 时，电压鉴别器使 S 断开，停止加热，则恒温箱内的温度大约恒定在 _ ，并简述其原理
11、。 解析 当 Uab 0 时，设通过 R1与 R2的电流是 I1，通过 R3及 Rt的电流是 I2，则有 I1R1I2R3、 I1R2 I2Rt，两式相比得 Rt R2R1R3 20 k ，从图可得， Rt 20 k 时对应的温度约是35 。 其原理为当热敏电阻的温度 (即恒温箱内的温度 )高于 35 时，其电阻将小于 20 k ，则 I2将增大， R3两端电压增大， b 点电势将降低，使得 Uab 0，据题意，此时电压鉴别器使S 断开，电热丝停止工作，温度就逐渐降低；当热敏电阻的温度低于 35 时，其电阻将大于 20 k ，则 I2将减小， R3两端电压减小， b 点电势将升高，使得 Uab
12、 0，据题意，此时电压鉴别器使 S 闭合，电热丝工作，温度又逐渐升高。这样，就使得恒温箱内的温度大约恒定在 35 了。 【 精品教育资源文库 】 答案 35 原理见解析 2如图所示，图甲为热敏电阻的 R t 图象，图乙为用此热敏电阻 R 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)如果要使恒温箱内的温度保持在
13、 50 ，可变电阻 R 的阻值应调节为 _ 。 解析 恒温箱内的加热器应接在 A、 B 端。当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高。随着恒温箱内温度升 高，热敏电阻R 的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈的电流大于或等于 20 mA 时，继电器的衔铁被吸到下方来，则恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低。随着恒温箱内温度降低，热敏电阻 R 的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于 20 mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度。要使恒温箱内的温度保持在 50 ，即
14、 50 时线圈内的电流为 20 mA。由闭合电路欧姆定律 I Er R R ， r 为继电器的电阻。由题图甲可知 ， 50 时热敏电阻的阻值为 90 ，所以 R EI (r R) 260 。 答案 (1)A、 B 端 (2)260 微考点 2 光敏电阻的原理及应用 核 |心 |微 |讲 光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。 典 |例 |微 |探 【例 2】 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【 精品教育资源文库 】 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，照度的单位为 lx)。 (1)某光
