3 利用传感器制作简单的自动控制装置练习（Word版含解析）

3　利用传感器制作简单的自动控制装置
基础过关练
题组一　门窗防盗报警装置
1.如图所示是某保密室的防盗报警电路,当有人闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正确的是 (　　)
A.电磁继电器与发电机工作原理相同
B.电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关
C.电磁铁工作时,上端为S极
D.当有人闯入保密室时,b灯亮
2.图甲为一种家用门磁防盗报警器,由磁条和主机组成,门窗均可使用。乙图为其简化示意图,安装时,将磁条固定在门框上,主机安装在与其等高的门板边缘,门关上时,两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时,若门被打开,磁条与主机分离,主机内的触发器就会工作,带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是 (　　)
甲
乙
A.触发器内是一个开关,当磁条与主机靠近时,开关是断开的
B.触发器可以由铜制成
C.磁条的两极对调后,该报警器不能正常工作
D.本装置是利用电流的磁效应工作的
3.(2020吉林白城四中高二下月考)如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时,红外光敏电阻R3受到红外线照射,电阻减小;门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验,可知灯的亮灭情况能反映门的开关状态。门打开时两灯的发光情况及R2两端电压UR2与门关闭时相比的变化情况为 (　　)
A.红灯亮,UR2变大
B.绿灯亮,UR2变大
C.绿灯亮,UR2变小
D.红灯亮,UR2变小
题组二　光控开关
4.城市街道的路灯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(如夜晚)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,在夜晚打开。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;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。
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,在虚线框中画出电路原理图。
光敏电阻R1,符号为
灯泡L,额定功率40 W,额定电压36 V,符号为
保护电阻R2,符号为
电磁开关,符号为
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的阻值范围是　　　　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。
5.为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关的通断可通过光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度变化而变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强,照度越大,照度的单位为lx)。某光敏电阻RG在不同照度下的阻值如下表:
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
阻值/kΩ 75 40 28 23 20 18
(1)请根据表中数据在图甲所示的坐标系中描绘出光敏电阻的阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。
甲
(2)如图乙所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路:给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统。在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下:
光敏电阻RG(符号,阻值见表);
直流电源E(电动势3 V,内阻不计);
定值电阻R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限选其中之一,并在图中标出);
开关S及导线若干。
乙
题组三　温控装置
6.(2020吉林实验中学检测)许多饮水机可以保证出水温度恒定,采取的方法是 (　　)
A.持续加温
B.设定程序,固定各次加温时间及加热时间间隔
C.水温低于设定温度时加热,达到设定温度时,停止加热
D.人工控制加温按钮
7.在温度为10 ℃左右的环境中工作的自动恒温箱简图如图甲所示,箱内电阻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像如图乙所示。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,恒温箱内的温度恒定在　　　　℃。
甲
乙
答案全解全析
3　利用传感器制作简单的自动控制装置
基础过关练
1.D　电磁继电器是利用电流的磁效应工作的,发电机是利用电磁感应原理制成的,选项A错误;电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈的匝数及有无铁芯有关,选项B错误;由题图可知电磁铁工作时线圈中电流的方向,根据安培定则可知,电磁铁工作时,上端为N极,选项C错误;当有人闯入保密室时会使开关S闭合,电磁铁有磁性,吸引衔铁向下移动,b灯所在电路接通,b灯亮,选项D正确。
2.A　门关上时,磁条与主机刚好靠在一起,此时报警器不工作,说明电路是断开的;当主机开关闭合时,若门被打开,磁条与主机分离,主机内的触发器就会工作,带动报警器发出报警声,说明此时触发器内开关是闭合的,选项A正确。触发器与磁条之间存在磁力的作用,所以触发器不可能是铜制成的,因为铜没有磁性,选项B错误。无论磁条哪个磁极靠近触发器,都存在磁力作用,所以两极对调后,该报警器仍能正常工作,选项C错误。本装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的,选项D错误。
3.D　当门打开时,R3受红外线照射,电阻减小,则电路中总电阻减小,总电流I增大,R2两端电压UR2=E-I(R1+r)减小,R2中电流IR2=减小,所以R3中电流IR3=I-IR2增大,电磁继电器产生的磁场增强,把衔铁吸下,红灯亮,选项D正确。
4.答案　(1)见解析图　(2)①20　160~520　②见解析
解析　(1)电路原理如图所示。
(2)①由题意知,最大电流Im=100 mA,电阻R=200 Ω,则
Um=ImR=100×10-3×200 V=20 V
又E=I(R2+R)
因50 mA代入数据解得160 Ω≤R2<520 Ω。
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当磁铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开。
5.答案　见解析
解析　(1)根据题表中的数据,在坐标系中描点连线,得到如图甲所示的变化曲线。
甲
由图可知光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小。
(2)天色渐暗,照度降低,光敏电阻的阻值增大,两端电压升高,因此,光敏电阻应接在1、2端之间。要求照度降低至1.0 lx时启动照明系统,此时光敏电阻的阻值为20 kΩ,两端电压为2 V,电源电动势为3 V,故应串联一个阻值为10 kΩ的分压电阻,即选用R1。电路原理图如图乙所示。
乙
6.C　饮水机温度控制系统以调节水温为目的,其输入参数主要是水温信号和设定温度,输出信号主要是温度显示、声光报警和执行加热,工作时传感器将温度传给单片机,当水温低于设定温度时,单片机控制加热,当温度高于设定温度时,继电器断开,停止加热,从而实现温控目标,故选C。
7.答案　35
解析　根据图甲求出当Uab=0时热敏电阻的阻值,然后从图乙中找出所对应的温度。设电路路端电压为U,当Uab=0时,有=,代入数据解得Rt=20 kΩ,由图乙可知,当Rt=20 kΩ时,t=35 ℃。