物理第五章 传感器综合与测试教课内容课件ppt

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答案:(1)电学量　(2)通断　(3)热敏电阻　(4)金属热电阻　(5)光敏电阻　(6)非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
专题一　常见传感器的特点及应用1.传感器感受的通常是非电学量,如力、热、磁、光、声等,而它输出的通常是电学量,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作,传感器原理如下所示。非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量2.传感器的种类根据被测量的物理量,可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器;根据具体工作原理的不同,可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。
3.常见敏感元件及特性(1)光敏电阻:光敏电阻在被光照射时电阻发生变化,光照增强电阻减小,光照减弱电阻增大。(2)热敏电阻和金属热电阻:金属热电阻的电阻率随温度升高而增大,热敏电阻的阻值随温度升高而减小。(3)电容器:平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关,电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息并将其转化为电容变化。例如,当极板受力时会改变极板间距,从而引起电容变化。(4)霍尔元件:能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件。
例1如图所示,一火警报警器的部分电路示意图。其中R2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器,电流表为值班室的显示器,a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时,显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(　　)A.I变大,U变大B.I变大,U变小C.I变小,U变大D.I变小,U变小
解析:R2所在处出现火情时,温度升高,则R2的阻值减小。R2↓→R总↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓,故显示器的电流I变小,由U=E-I干r,I干变大,知U变小,故选项D正确。答案:D
变式训练1(多选)如图所示,某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置,R1为光敏电阻,R2为定值电阻,A、B接监控装置。则(　　)A.当有人通过而遮蔽光线时,A、B之间电压升高B.当有人通过而遮蔽光线时,A、B之间电压降低C.当仅增大R2的阻值时,可增大A、B之间的电压D.当仅减小R2的阻值时,可增大A、B之间的电压
解析:R1是光敏电阻,有光照射时,阻值变小,当有人通过而遮蔽光线时,R1的阻值变大,回路中的电流I减小,A、B间的电压U=IR2减小,故A错误,B正确;由闭合电路欧姆定律得:U=E-I(R1+r),当仅增大R2的阻值时,电路中的电流减小,A、B间的电压U增大,故C正确;当仅减小R2的阻值时,电路中的电流增大,A、B间的电压U减小,故D错误。故应选BC。答案:BC
专题二　传感器的应用1.传感器的应用过程包括三个环节:感、传、用。(1)“感”是指传感器的敏感元件感应信息,并转化为电学量。(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构。(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。2.处理与传感器有关的电路设计问题时,可将整个电路分解为:(1)传感器所在的信息采集部分;(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关);(3)执行电路。
例2现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃ 时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻、报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警)、电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)、直流电源(输出电压为U,内阻不计)、滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)、滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)、单刀双掷开关一个、导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器　　　　(选填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步骤调节此报警系统:①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为　　　 Ω;滑动变阻器的滑片应置于　　　　(选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是　　　　　　　　　　　。 ②将开关向　　　(选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至　　　　　　　。 
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。
解析:(1)先用电阻箱替代热敏电阻,连接成闭合回路进行调试。电路图连接如答案所示。(2)当电路中电流Ic=10 mA时,根据闭合电路欧姆定律有Ic= ,解得R总=1 800 Ω,此时热敏电阻的阻值为650 Ω,则滑动变阻器的阻值为1 150 Ω,所以滑动变阻器选R2。(3)①当热敏电阻阻值小于650 Ω时,报警器就会报警,用电阻箱替代热敏电阻进行调节,应把电阻箱的阻值调到650 Ω。若接通电源后电路中的电流过大(超过20 mA),报警器就会损坏,电流越小越安全,所以为了电路安全,闭合开关前滑片应置于b端。②用电阻箱替代热敏电阻进行调试,应将开关向c端闭合,开关闭合后要减小电路中的电阻直至报警器报警。
答案:(1)连线如图所示。
(2)R2(3)①650　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　②c　报警器开始报警
变式训练2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),例如热敏传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻,某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图。
(1)为了使温度过高时报警器铃响,c应接在　　　　(选填“a”或“b”)处。 (2)若要使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向　　　　(选填“左”或“右”)移动。 (3)如果在调试报警器达到最低报警温度时,无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作,且电路连接完好,各电路元件都能处于工作状态,则造成工作电路不能工作的原因可能是  　。