1、第五节用传感器测磁感应强度第五节用传感器测磁感应强度1.了解与传感器技术相关的物理知识，练习用了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器制作自动装置传感器制作自动装置(重点重点)2鼓励学生在课堂上利用磁传感器测量、研究鼓励学生在课堂上利用磁传感器测量、研究磁场，加深对磁场的认识磁场，加深对磁场的认识一、应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路一、应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路1.实验目的实验目的了解与传感器技术相关的物理知识，练习用了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器制作自动控制装置传感器制作自动控制装置2.实验器材实验器材二极管二极管VD、晶闸管、晶闸管VS、光敏电阻、光敏电阻RG、
2、定值、定值电阻电阻R(7.5 M)、灯泡、灯泡L、万用表、导线、万用表、导线3.实验原理实验原理由晶闸管由晶闸管VS与电灯与电灯L构成主回路，控制回路由构成主回路，控制回路由R与与RG组成的分压器及二极管组成的分压器及二极管VD构成，如图所示构成，如图所示(1)白天自然光较强时，光敏电阻呈低电阻，与白天自然光较强时，光敏电阻呈低电阻，与R分分压后使晶闸管压后使晶闸管VS门电极门电极处于低电平，处于低电平，VS关断关断(2)当夜幕降临时，照在当夜幕降临时，照在RG上的自然光减弱，上的自然光减弱，RG呈高电阻，使呈高电阻，使VS的门电极处于高电平，的门电极处于高电平，VS获获正向触发电压而导通，灯
3、正向触发电压而导通，灯L亮亮(3)改变改变R的阻值，即改变其与的阻值，即改变其与RG的分压比，可的分压比，可调整电路的起控点调整电路的起控点说明：二极管说明：二极管VD，晶闸管，晶闸管VS的特性的特性二极管：具有单向导电性当给二极管加正二极管：具有单向导电性当给二极管加正向电压时，它的阻值很小；当给二极管加反向向电压时，它的阻值很小；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大电压时，它的电阻很大晶闸管晶闸管VS：当晶闸管承受反向电压时，不论：当晶闸管承受反向电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态当晶闸管承受正向电压时，仅在门极承受正向当晶闸管承受正向
4、电压时，仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通电压情况下晶闸管才导通4.实验步骤实验步骤(1)将多用电表旋钮拨至将多用电表旋钮拨至R1k挡，调零后，测挡，调零后，测量电阻量电阻R的阻值，检查的阻值，检查R是否符合要求是否符合要求(2)将多用电表旋钮拨至将多用电表旋钮拨至R1k挡，调零后，用挡，调零后，用两表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置两表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置对调若两次测量结果一次较小，一次很大，对调若两次测量结果一次较小，一次很大，则二极管性能良好则二极管性能良好(3)将多用电表旋钮拨至将多用电表旋钮拨至R1k挡，红表笔接晶挡，红表笔接晶闸管闸管K极，黑表笔同时接通极，
5、黑表笔同时接通G、A极，在保持极，在保持黑表笔不脱离黑表笔不脱离A极状态下断开极状态下断开G极，指针指示极，指针指示几十欧至一百欧，然后瞬时断开几十欧至一百欧，然后瞬时断开A极再接通，极再接通，若指针指示若指针指示位置，则表明晶闸管良好位置，则表明晶闸管良好(4)按照电路图，将各元件焊接，安装好按照电路图，将各元件焊接，安装好(5)检查各元件的连接，确保无误检查各元件的连接，确保无误(6)接通电源，观察强光照射光敏电阻时和用接通电源，观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡黑纸包裹光敏电阻时灯泡L的状态的状态5.注意事项注意事项(1)安装前，对所有器材进行测试，确保各元安装前，对所有器
6、材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装件性能良好后，再进行安装(2)焊接时，管脚必须在离管壳焊接时，管脚必须在离管壳5 mm以上处焊以上处焊接，焊接时间不宜过长接，焊接时间不宜过长(3)注意二极管、晶闸管各极正确接入电路，注意二极管、晶闸管各极正确接入电路，不可错接、反接不可错接、反接二、磁传感器的原理与应用二、磁传感器的原理与应用1.磁传感器是把磁传感器是把_变成变成_，从，从而实现对磁感应强度进行测量的而实现对磁感应强度进行测量的2.用传感器测磁感应强度时，通电螺线管产生用传感器测磁感应强度时，通电螺线管产生_，其方向符合，其方向符合_3.霍尔元件：能够把霍尔元件：能够把_这个磁学这
7、个磁学量转换成量转换成_这个电学量的装置这个电学量的装置磁信号磁信号电信号电信号磁场磁场右手螺旋定则右手螺旋定则磁感应强度磁感应强度电压电压4.干簧管继电器开关干簧管继电器开关由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图所示，当线圈中有一定的电流时，线圈产生所示，当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的每个铁质簧片磁的磁场使密封在干簧管内的每个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态当线圈中没有电流或者电态变成闭合状态当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用流很微弱时
8、，磁场消失，簧片在弹力的作用下恢复到分离状态下恢复到分离状态想一想想一想将一个光敏电阻、一个干簧管继电器以及干电将一个光敏电阻、一个干簧管继电器以及干电池、导线、小灯泡等器材，按以下电路连接，池、导线、小灯泡等器材，按以下电路连接，就是一个光照强弱控制灯泡亮暗的装置了，其就是一个光照强弱控制灯泡亮暗的装置了，其工作原理是什么？工作原理是什么？提示：提示：开关开关S闭合，当光照射光敏电阻闭合，当光照射光敏电阻R时，光时，光敏电阻的阻值减小，电路中电流增大，干簧管继敏电阻的阻值减小，电路中电流增大，干簧管继电器两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变电器两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状
9、态，使连接灯泡成闭合状态，使连接灯泡L的电路接通，灯泡发的电路接通，灯泡发光；反之，没有光照射光敏电阻或者照射光很弱光；反之，没有光照射光敏电阻或者照射光很弱时，光敏电阻的阻值很大，电路中电流很小，干时，光敏电阻的阻值很大，电路中电流很小，干簧管继电器两个簧片处于分离状态，连接灯泡的簧管继电器两个簧片处于分离状态，连接灯泡的电路断开，灯泡不发光电路断开，灯泡不发光要点一自动控制电路的实例分析要点一自动控制电路的实例分析学案导引学案导引1.光控开关是如何实现路灯日出灯熄、日落灯光控开关是如何实现路灯日出灯熄、日落灯亮的？亮的？2.温度报警器的工作原理是怎样的？温度报警器的工作原理是怎样的？1.光
10、控开关光控开关(1)电路如图所示电路如图所示(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入，而当输入端端A的电压下降到另一个值的电压下降到另一个值(0.8 V)的时候，的时候，Y会会从低电平跳到高电平从低电平跳到高电平(3.4 V)(3)光控开关的原理：白天，光照强度较大，光光控开关的原理：白天，光照强度较大，光敏电阻敏电阻R
11、G阻值较小，加在斯密特触发器输入端阻值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较低，则输出端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光输出高电平，发光二极管二极管LED不导通；当天暗到一定程度时，不导通；当天暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到的电压上升到1.6 V，输出端，输出端Y突然从高电平跳突然从高电平跳到低电平，则发光二极管到低电平，则发光二极管LED导通发光导通发光(相当于相当于路灯路灯)，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的暗自动开启的目的2.温度报警器温度报警器(1
12、)电路如图所示电路如图所示(2)工作原理：常温下，调节工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密的阻值使斯密特触发器输入端特触发器输入端A处于低电平，则输出端处于低电平，则输出端Y处处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，阻值减小，斯密特触发器输入端斯密特触发器输入端A的电压升高，当达到某的电压升高，当达到某一值一值(高电平高电平)时，其输出端时，其输出端Y由高电平跳到低由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声R1的的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节阻
13、值不同，则报警温度不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度来调节蜂鸣器的灵敏度下图是一个简单的磁控防盗报警装置门的上下图是一个简单的磁控防盗报警装置门的上沿嵌入一小块永磁体沿嵌入一小块永磁体M，门框内与，门框内与M相对的位相对的位置嵌入干簧管置嵌入干簧管H，并且将干簧管接入图示的电，并且将干簧管接入图示的电路睡觉前连接好电路，当盗贼开门路睡觉前连接好电路，当盗贼开门时，蜂鸣器就会叫起来时，蜂鸣器就会叫起来请说明它的工作原理，最好通过实验模拟这个请说明它的工作原理，最好通过实验模拟这个电路的工作电路的工作【精讲精析精讲精析】当门闭着时，永磁体使干簧管当门闭着时，永磁体使干簧管接通，斯密特触发器
14、输入端与电源负极相连，接通，斯密特触发器输入端与电源负极相连，处于低电平，则输出端为高电平，故蜂鸣器不处于低电平，则输出端为高电平，故蜂鸣器不发声；当开门时，没有永磁体作用，干簧管不发声；当开门时，没有永磁体作用，干簧管不通，斯密特触发器输入端为高电平，则输出端通，斯密特触发器输入端为高电平，则输出端为低电平，则蜂鸣器通电，发声报警为低电平，则蜂鸣器通电，发声报警【答案答案】见精讲精析见精讲精析变式训练变式训练1.电动机的自动控制电路如图所示，其中电动机的自动控制电路如图所示，其中RH为热敏电阻，为热敏电阻，RL为光敏电阻，当温度升高为光敏电阻，当温度升高时，时，RH的阻值远小于的阻值远小于R
15、1；当光照射；当光照射RL时，时，其阻值远小于其阻值远小于R2.为使电动机在温度升高或为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动电路中虚线框内应受到光照时能自动启动电路中虚线框内应选选_门逻辑电路；若要提高光照时电门逻辑电路；若要提高光照时电动机启动的灵敏度，可以动机启动的灵敏度，可以_R2的阻值的阻值(填填“增大增大”或或“减小减小”)解析：为使电动机在温度升高或受到光照时能解析：为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，即热敏电阻或光敏电阻的电阻值小自动启动，即热敏电阻或光敏电阻的电阻值小时，输入为时，输入为1，输出为，输出为1，所以是，所以是“或门或门”若若要提高光照时电动机启动的灵敏
16、度，需要在光要提高光照时电动机启动的灵敏度，需要在光照较小即光敏电阻较大时输入为照较小即光敏电阻较大时输入为1，输出为，输出为1，所以要增大所以要增大R2.答案：或增大答案：或增大要点二自动控制电路的设计要点二自动控制电路的设计学案导引学案导引1.如何应用光敏电阻和电磁继电器设计路灯自如何应用光敏电阻和电磁继电器设计路灯自控开关？控开关？2.如何设计温度自动报警电路？如何设计温度自动报警电路？设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行：设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行：1.根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路电路控制电路由电源、开关
17、、光敏电阻控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等或热敏电阻等其他敏感元件其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成；工作、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成这两个电路相互独立，又通过继电、导线等组成这两个电路相互独立，又通过继电器相关联，继电器实际上是工作电路的开关器相关联，继电器实际上是工作电路的开关2.分析自控电路的合理性分析自控电路的合理性电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或给热敏电阻加热，检查工用光照射光敏电阻或给热敏电阻加热，检
18、查工作电路的接通和断开是否符合实际要求比作电路的接通和断开是否符合实际要求比如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯点亮发光灯点亮发光光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，其光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，其中有可用于路灯自动控制的开关如图所示为中有可用于路灯自动控制的开关如图所示为实验所用器材，其中实验所用器材，其中A为光敏电阻，为光敏电阻，B为电磁继为电磁继电器，电器，C为电流放大器，为电流放大器，D为路灯，为路灯，请连成电路，达到日出路灯熄、日落路灯亮的请连成电
19、路，达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果，并说明此电路的工作原理效果，并说明此电路的工作原理【思维流程思维流程】这类自动控制装置的基本流这类自动控制装置的基本流程：外界因素程：外界因素敏感元件敏感元件电流信号电流信号放大放大电路电路电磁继电器电磁继电器受控电路受控电路【精讲精析精讲精析】如图所示如图所示原理：白天，光照强，光敏电阻原理：白天，光照强，光敏电阻A阻值小，控阻值小，控制电路中电流大，电磁铁磁力强，将衔铁吸制电路中电流大，电磁铁磁力强，将衔铁吸合，两触点分离，路灯电路不通，灯不亮；傍合，两触点分离，路灯电路不通，灯不亮；傍晚，日落后光照弱，光敏电阻晚，日落后光照弱，光敏电阻A阻值大，控制
20、阻值大，控制电路中电流小，电磁铁磁力弱，衔铁向上移使电路中电流小，电磁铁磁力弱，衔铁向上移使两触点接触，路灯电路接通，灯亮两触点接触，路灯电路接通，灯亮【答案答案】见精讲精析见精讲精析变式训练变式训练2.(2012惠州高二检测惠州高二检测)传感器担负着信息的采集任传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将务，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感受到的物理量(如温度、光、声等如温度、光、声等)转换成便于测量转换成便于测量的量的量(通常是电学量通常是电学量)，例如热敏传感器，主要是应用，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻阻值
21、随温了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻Rt作为作为传感器制作的简单自动报警器的线路图，问：传感器制作的简单自动报警器的线路图，问：(1)为了使温度过高时报警铃响，为了使温度过高时报警铃响，c应接在应接在_(填填“a”或或“b”)；(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片阻器滑片P向向_移动移动(填填“左左”或或“右右”)；(3)如果在调试报警器达最低报警温度时，无如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警
22、器都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是的原因可能是_解析：解析：(1)由题图甲可知当温度升高时由题图甲可知当温度升高时Rt的阻值的阻值减小，通过线圈的电流变大，线圈的磁通量变减小，通过线圈的电流变大，线圈的磁通量变大，对衔铁的引力变大，可与大，对衔铁的引力变大，可与a点接触，欲使点接触，欲使报警器报警，报警器报警，c应接在应接在a点点(2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的若使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些，以使得热敏电阻相对电流减小
23、一些，以使得热敏电阻Rt的阻值的阻值减小的更大一些，所以将滑动变阻器滑片减小的更大一些，所以将滑动变阻器滑片P向向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值(3)在调试报警器达最低报警温度时，无论如何在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，都不能使报警器工作，可能是通过线圈的电流太小，线圈的磁通量可能是通过线圈的电流太小，线圈的磁通量小，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力小，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，线圈的磁力不能将衔铁吸引到和较大，线圈的磁力不能将衔铁吸引到和a接触接触的状态，还可能是乙图
24、电源电压太低或继电器的状态，还可能是乙图电源电压太低或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大答案：答案：(1)a(2)左左(3)可能是乙图中的电源电压太低或继电器线圈可能是乙图中的电源电压太低或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大匝数太少或弹簧劲度系数太大自动温控电路的设计自动温控电路的设计经典案例经典案例 现有热敏电阻、电炉丝、电源、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，超过某于某一温度时，
25、电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程明工作过程【解题样板解题样板】电路图如图所示：电路图如图所示：工作过程：闭合工作过程：闭合S，当温度低于设计值时热，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敏电阻阻值大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，使它工作，K接通电炉丝加热当温度达到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，继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉断开，电炉丝断电，停止供热当温度低于设计值，又丝断电，停止供热
26、当温度低于设计值，又重复前述过程重复前述过程【答案答案】见解题样板见解题样板【题后反思题后反思】该电路可以用于恒温箱、自该电路可以用于恒温箱、自动孵化器等，电路设计是高中电学应了解的动孵化器等，电路设计是高中电学应了解的内容，对于培养能力、理论联系实际将起到内容，对于培养能力、理论联系实际将起到推动作用，也是高考的趋向推动作用，也是高考的趋向光电三极管光电三极管光电三极管是一种光敏器件，它的符号如图光电三极管是一种光敏器件，它的符号如图甲所示，虽然也有三个电极，但是只从发射甲所示，虽然也有三个电极，但是只从发射极极e、集电极、集电极c两极接出引脚，外形如图乙所两极接出引脚，外形如图乙所示，长脚
27、为示，长脚为e，用透明塑料封装图丙为典型，用透明塑料封装图丙为典型的应用电路，将光电三极管与的应用电路，将光电三极管与10 k的电阻的电阻串联接到电压串联接到电压5 V6 V的直流电源的直流电源E上，上，如图丙所示在完全无光照时，通过的电流小如图丙所示在完全无光照时，通过的电流小于于0.3 A，则，则A端输出近似等于电源电压受端输出近似等于电源电压受光照时，通过的电流明显增大，光越强电流越光照时，通过的电流明显增大，光越强电流越大，大，A端输出的电压就逐渐减小强光照下电端输出的电压就逐渐减小强光照下电流可以达到流可以达到0.5 mA，则，则A端输出电压接近于端输出电压接近于零光电三极管对光照的灵敏度比光敏电阻高零光电三极管对光照的灵敏度比光敏电阻高得多，常用于光控电路得多，常用于光控电路
