第5章　传感器及其应用 第3节　大显身手的传感器 试卷

第3节　大显身手的传感器

课后篇巩固提升

必备知识基础练

1.(2021湖北襄阳老河口中学期末)小强用恒温箱进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制。经检查,恒温箱的控制器没有故障。参照图,下列对故障判断正确的是(　　)

A.只可能是热敏电阻出现故障

B.只可能是温度设定装置出现故障

C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障

D.可能是加热器出现故障

解析由恒温箱原理图可知,无论热敏电阻出现故障或温度设定出现故障,都会向控制器传递错误信息,导致控制器发出错误指令,C正确,A、B错误;若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而题中加热器一直加热才会使温度持续升高,D错误。

答案C

2.(2020福建师大附中期末)防治疫情期间,在机场、车站等交通出入口,使用了红外线热像仪,红外线热像仪通过红外线遥感,可检测出经过它时的发热病人,从而可以有效控制疫情的传播。关于红外线热像仪,下列说法正确的是(　　)

A.选择红外线进行检测,主要是因为红外线光子能量小,可以节约能量

B.红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测

C.红外线热像仪同时还具有杀菌作用

D.一切物体都能发射红外线,而且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同

解析红外线热像仪是根据物体发射的红外线的频率和强度不同而工作的,故选项D正确。

答案D

3.(多选)(2021河北邢台八中期中)如图所示为电熨斗的结构图,下列关于电熨斗的说法正确的是 (　　)

A.电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片,两片金属的膨胀系数相同

B.常温下,上、下触点是接触的,温度过高时,双金属片发生弯曲使上、下触点分离

C.需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移

D.电熨斗中的双金属片是一种半导体材料

解析电熨斗主要是利用双金属片的膨胀系数不同而自动控制温度的,选项A错误;常温下,上、下触点是接触的,温度过高时,双金属片发生弯曲使上、下触点分离,选项B正确;需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移,选项C正确;电熨斗中的双金属片是金属材料,选项D错误。

答案BC

4.如图所示,甲为温度在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 kΩ,R2=10 kΩ,R3=40 kΩ,RT为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab<0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝加热,使箱内温度升高;当Uab>0时,电压鉴别器会令开关S断开,停止加热,恒温箱内的温度恒定在　　　　 ℃。 

解析设电路的路端电压为U,当Uab=0时,是电热丝加热的临界状态。此时R1=R3,解得RT=20 kΩ,由题图乙知,当RT=20 kΩ时,t=35 ℃。

答案35

5.有一种测量人体重的电子秤,其原理如图中的虚线框内所示。它主要由三部分构成:踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R(一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(其实质是电流表)。其中AO∶BO=5∶1。已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如表中所示:

设踏板的杠杆组件的质量不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.68 V,则:

(1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式;

(2)该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处?

(3)如果某人站在踏板上,电流表刻度盘示数为20 mA,这个人的体重是多少?

解析(1)由表中数据可归纳得出:R=300-0.6F(R和F的单位分别为Ω和N)。

(2)依题意可知,电子秤空载时压力传感器的电阻R1=300 Ω,电路中的电流为I= A=15.6 mA,所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15.6 mA处。

(3)当电流表刻度盘的读数为I2=20 mA时,压力传感器的电阻R2= Ω=234 Ω,由R=300-0.6F,算得F2=110 N,再由F2·AO=G·BO得G=550 N。

答案(1)R=300-0.6F(R和F的单位分别为Ω和N)

(2)15.6 mA　(3)550 N

关键能力提升练

6.(2021四川成都期末)酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化,在如图所示的电路中,不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻,这样,显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r'的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是(　　)

A.U越大,表示c越大,c与U成正比

B.U越大,表示c越大,但是c与U不成正比

C.U越大,表示c越小,c与U成反比

D.U越大,表示c越小,但是c与U不成反比

解析传感器电阻r'的倒数与浓度c是正比关系,即=kc。电路中的电流为I=,电压表示数U=IR0=,可见电压与浓度的关系不是正比关系,但随浓度的增加而增加。故B正确。

答案B

7.(2020甘肃永昌一中期中)如图所示为一种温度自动报警器的原理图,在水银温度计的顶端封入一段金属丝,以下说法正确的是(　　)

A.温度升高至74 ℃时,L1亮灯报警

B.温度升高至74 ℃时,L2亮灯报警

C.温度升高至78 ℃时,L1亮灯报警

D.温度升高至78 ℃时,L2亮灯报警

解析当温度低于78 ℃时,线圈中没有电流,此时灯L1亮;当温度升高到78 ℃时,线圈中有电流,磁铁吸引衔铁,灯L2被接通,所以灯L2亮且报警,温度升高至74 ℃时,线圈中没有电流,只是灯L1亮,不会报警。故D正确。

答案D

8.(多选)(2021吉林洮南一中期中)传感器是一种采集信息的重要器件,如图所示是一种测定压力的电容式传感器,当待测压力F作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生形变,引起电容的变化,将电容式传感器、灵敏电流计和电源串接成如图所示的闭合电路。那么下列说法正确的是(　　)

A.当F向上压膜片电极时,电容将减小

B.若灵敏电流计有示数,则压力F发生了变化

C.若灵敏电流计有向右的电流通过,则压力F在增大

D.若灵敏电流计有向右的电流通过,则压力F在减小

解析当F向上压膜片电极时,两电极之间的距离变小,使得电容变大,选项A错误;当灵敏电流计有示数时,说明电容式传感器正在进行充放电,而电容式传感器始终与电源相连,即电压不变,所以说明其电容在发生变化,一定是压力F发生了变化,选项B正确;由于电容式传感器固定电极接在电源的正极,灵敏电流计有向右的电流通过,则说明电流流向电容式传感器的固定电极,所以电容在变大,即间距在减小,力F在变大,选项C正确,D错误。

答案BC

9.(2020福建福州联考)采用风力发电给蓄电池充电,为路灯提供电能,是现代城市“亮化”工程的方向。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关,实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射光较强(如白天)时电阻几乎为0,照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭、黑天打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50 mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;当励磁线圈中电流小于50 mA时,3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。

电磁开关内部结构图

(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,画出电路原理图。

光敏电阻R1,符号

灯泡L,额定功率40 W,额定电压36 V,符号

保护电阻R2,符号

电磁开关,符号

蓄电池E,电压36 V,内阻很小;开关S,导线若干。

(2)回答下列问题:

①如果励磁线圈的电阻为200 Ω,励磁线圈允许加的最大电压为　　　　 V,保护电阻R2的阻值范围为　　　　 Ω。 

②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,接线柱3、4之间从断开变为接通。为此,电磁开关内部结构应如何改造?请结合本题中电磁开关内部结构图说明。

③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。

解析(2)①Um=ImR=100×10-3×200 V=20 V,E=I(R2+R),其中50 mA<I≤100 mA,故R2在160~520 Ω之间。

答案(1)

(2)①20　160~520　②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开。③电磁起重机

10.(2020河北石家庄二中检测)电饭锅是应用温度传感器工作的,它的敏感元件是感温铁氧体,由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧制而成,其特点是常温下具有磁性,能够被磁铁吸引,温度达到103 ℃,失去磁性,这个温度叫居里温度,又称居里点。电饭锅的自动控制结构如图所示,根据以上信息回答:

(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮?手松开这个按钮是否会恢复到图示的状态?为什么?

(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度?

(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会有什么变化?这时电饭锅会自动地发生哪些动作?

(4)如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电?

解析(1)煮饭时压下开关按钮,感温铁氧体与永磁体相吸结合在一起,触点相接,电路接通,开始加热。手松开后,由于锅内的温度低,感温铁氧体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到图示的状态。

(2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点。

(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会升高,当温度上升到居里温度时,感温铁氧体失去磁性,永磁铁与之分离,开关自动断开,且不能自动复位。

(4)如果用电饭锅烧水,水沸腾后水温保持100 ℃,不会再升高,故不能自动断电。

答案见解析