5.2常见传感器的工作原理及应用 同步训练（word版含答案）

5.2常见传感器的工作原理及应用
一、选择题（共15题）
1．如图所示，额温枪因其具有快速、无接触测温的特点，广泛应用在各类新型冠状病毒防控场所．额温枪核心部件的传感器是（　　）
A．位移传感器 B．声音传感器 C．力传感器 D．红外温度传感器
2．传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同.下列物品中用到了传感器的是（ ）
A．示波器
B．真空冶炼炉
C．回旋加速器
D．火灾报警器
3．关于传感器，下列说法正确的是
A．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量
B．金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器
C．干簧管是能够感知电场的传感器
D．半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而增大
4．下列说法正确的是（ ）
A．光敏电阻能够把电信号转换成光信号
B．干簧管是一种能够感知静电场的传感器
C．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
D．电容式位移传感器能够把电动势这个电学量转化为物体的位移这个力学量
5．热敏电阻能将热信号转换为电信号是因为(　)
A．电阻阻值的大小随热量的变化而变化
B．电阻阻值的大小随温度的变化而变化
C．电阻体积的大小随热量的变化而变化
D．电阻体积的大小随温度的变化而变化
6．如图电路中，电阻R随温度升高均匀增大，用这个电阻做探头测温，把电流表的刻度改为相应的温度刻度。下列说法正确的是（ ）
A．低温对应电流较大的刻度上，且温度刻度均匀
B．低温对应电流较大的刻度上，且温度刻度不均匀
C．高温对应电流较大的刻度上，且温度刻度均匀
D．高温对应电流较大的刻度上，且温度刻度不均匀
7．家用电热灭蚊器正常工作时其发热电阻产生的热量和向环境辐射的热量相等，可以维持其温度在165℃左右，其发热电阻随温度的变化图象如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．t1=165℃
B．t1<165℃C．通过该发热电阻的电流与电压成正比
D．通过该发热电阻的电流与温度成正比
8．2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家．某探究小组查到某磁敏电阻在室温下的电阻随磁感应强度变化的曲线如图甲所示，其中R、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值．为检验其磁敏特性设计了图乙所示电路．关于这个实验，下列说法中正确的是
A．闭合开关S，图乙中只增加磁感应强度的大小时，伏特表的示数增大
B．闭合开关S，图乙中只增加磁感应强度的大小时，安培表的示数增大
C．闭合开关S，图乙中只将磁场方向改为与原来方向相反时，伏特表的示数减小
D．闭合开关S，图乙中只将磁场方向改为与原来方向相反时，安培表的示数减小
9．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球。K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数。则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是（　　）
A．正在增加，
B．正在增加，
C．正在减弱，
D．正在减弱，
10．如图所示为包含某逻辑电路的一个简单电路图，L为小灯泡。光照射光敏电阻时，其阻值将变得远小于R，则下列说法正确的是（ ）
A．其中的逻辑电路是非门电路；当光敏电阻受到光照时，小灯泡L不发光
B．其中的逻辑电路是非门电路；当光敏电阻受到光照时，小灯泡L发光
C．其中的逻辑电路是与门电路；当光敏电阻受到光照时，小灯泡L不发光
D．其中的逻辑电路是或门电路；当光敏电阻受到光照时，小灯泡L发光
11．下列说法不正确的是（　　）
A．话筒是一种常见的红外线传感器
B．电慰斗内一般装有双金属片温度传感器
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．热敏电阻能够把温度大转换为电阻大小
12．有一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应．一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的．只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10～20 kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体．在上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是(　　)
A．化学能转化为电能
B．内能转化为电能
C．光能转化为光能
D．机械能转化为电能
13．传感器是一种采集信息的重要器件，图示是一种测得压力大小的电容式传感器示意图．当待测压 力 F 作用于可动膜片电极时，可以使膜片发生形变，引起电容的变化．将电容器、灵敏电流表 和电源串联成闭合回路，则（ ）
A．当 F 向上压膜片电极时，电容将减小
B．当 F 向上压膜片电极时，电容将增大
C．若电流表有示数，则压力 F 发生了变化
D．若电流表有示数，则压力 F 没有发生变化
14．如图所示是光电计数器的工作示意图，其中A是发光仪器，B是传送带上的物品，为光敏电阻，为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是（　　）
A．当有光照射时，信号处理系统获得高电压
B．当有光照射时，信号处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
15．有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是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(实质是理想电流表)．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是(　　)
A．该秤能测量的最大体重是1400 N
B．该秤能测量的最大体重是1300 N
C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处
D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处
二、填空题
16．金属的电阻率随温度的升高而_______。用金属丝可以制作________传感器，称为________。
17．电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和_______应变片，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的____效应。
18．如图所示为某同学自制的电子秤原理图：粗细均匀的电阻棒尺（每厘米长的电阻为1Ω）竖直放置、其总长度L=10cm， 电源电动势E=6V，内阻r=1Ω， 保护电阻R0=4Ω， 托盘连接在竖直放置、下端固定的轻弹簧上端，其质量mo=0.1kg，水平金属轻杆一端连接弹簧上端、一端通过滑片与电阻棒接触．当托盘内不放物体且静止时，弹簧的形变量x=1cm ，轻杆的滑片刚好与电阻棒上端接触．若电路各处接触良好、导线及轻杆电阻不计、弹簧的形变始终未超过限度、轻杆只能上下平移，g取10m/s2 ．

(1)弹簧的劲度系数k=_______N/m；
(2)该电子秤能称出的最大物体质量m=_______kg；
(3)待测物体质量m与电压表示数U的关系为___________．
19．如图所示是饮水器的自动控制电路．左边是对水加热的容器，内有密封绝缘的电热丝发热器和接触开关S1．只要有水浸没S1，它就会导通；水面低于S1时，不会加热．饮水器的使用原理是同时满足水位高于S1及水温较低，饮水器对水加热．
（1）Rx是一个热敏电阻，低温时呈现高电阻，右边P是一个___________（选填“与”、“或”、“非”）逻辑门，接在0～5V电源之间，图中J是一个继电器，可以控制发热器工作与否．Ry是一个可变电阻，低温时Rx应_____________（选填“远大于”、“远小于”）Ry．
（2）为了提高加热起始温度，变阻器Ry应该调的_____________（选填“大一些”或“小一些”）．
三、综合题
20．如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触头开关，S为开关，J为电池．请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置．
(1)连接电路图；
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)
21．化学实验常用到恒温箱。如图（a）所示为简单恒温箱温控电路图，它由热敏电阻和继电器组成。如图（b）所示为热敏电阻的图像。设继电器线圈中电流大于或等于20mA 时，继电器衔铁吸合。若继电器线圈电阻为，为继电器线圈供电的电源（内阻可以不计）时，要使恒温箱内温度保持120℃，可变电阻的值应调节为多少。
22．许多会议室和宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器。有一种火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的。如图所示，带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管（也是一种晶体管，有三个电极，当光照强弱变化时，电极间的电阻随之变化）和不透明的挡板。平时，光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
你能说说类似这种光电式传感器还能在哪些场合应用吗？
23．某研究性学习小组为了测量物体的质量，找到一个力电传感器，该传感器的输出电压与受压面的压力成正比（比例系数为k），如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0，然后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U．现有力电传感器、质量为的砝码、电压表、滑动变阻器和电池各一个，开关及导线若干，待测物体（可置于力电转换器的受压面上），请完成对该物体质量的测量．
（1）设计一个电路，要求力电转换器的输出电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，请画出完整的测量电路图．
（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m．
（3）请写出实验中可能影响实验结果的因素．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
额温枪核心部件的传感器是红外温度传感器。
故选D。
2．D
【详解】
示波器是带电粒子在电场中的偏转问题，没用到传感器，选项A错误；真空冶炼炉没用到传感器，选项B错误；回旋加速器是带电粒子在电场及磁场中的运动问题，没用到传感器，选项C错误；火灾报警器用到了热传感器，选项D正确；故选D.
3．A
【详解】
传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量，选项A正确；金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器，选项B错误；干簧管是能够感知磁场的传感器，选项C错误；热敏电阻在温度升高时，电阻会变小，热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．故D错误；故选A．
4．C
【详解】
A. 光敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻值随光照的强弱发生变化，能够把光照强弱变化转换为电阻大小变化，把光信号转变成电信号，故A错误；
B. 干簧管是能够感知磁场的传感器，故B错误；
C. 霍尔元件是能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故C正确；
D. 电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转化为电动势这个电学量，故D错误．
故选C
5．B
【详解】
热敏电阻随温度的升高其电阻值减小，电阻随温度的降低其电阻值增大，可见温度变化，电阻变化，接入电路中时电路中的电流，电压变化，故应选B．
6．B
【详解】
根据图示，电路是串联电路，根据题意，当温度高时，电阻R增大，电路中总电阻增大，根据闭合电路的欧姆定律，电路中的电流减小，即高温对应电流较小的刻度上；当温度低时，电阻R减小，电路中总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律，电路中的电流增大，即低温对应电流较大的刻度上。由题意电阻R随温度升高均匀增大可得
R=R0+kt
根据闭合电路得欧姆定律
I与温度t不成线性关系，所以电阻温度计得刻度是不均匀的，所以ACD错误，B正确。
故选B。
7．B
【详解】
AB．由图象可知，在0～t1这区间里电阻R随温度升高而减小；在t1～t2这区间里电阻R随温度的升高而增大；在大于t2区间里电阻R随温度的升高而减小。在家庭电路中电压不变，根据电功率
可知电阻的发热功率与电阻成反比。在温度升到t1前，电阻R随温度的升高而减小，功率增大，温度升高更快；温度一旦超过t1，电阻R随温度的升高而增大，功率减小，放出热量减小，温度升高变慢，当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1至t2间的某一值不变，保持稳定，故t1<165℃CD．在家庭电路中电压不变，根据
可知电流与电阻成反比，由图可知，温度一直增大，但电阻先减小后增大再减小，故电流先增大后减小再增大，故CD错误。
故选B。
8．A
【详解】
由图可以看出，磁敏电阻的阻值与磁感应强度的方向无关，只与磁感应强度的大小有关，随着磁感应强度变大，电阻变大；
AB．闭合开关S，图乙中只增加磁感应强度的大小时，磁敏电阻的阻值变大，则干路总电流减小即安培表示数减小，由内电压和滑动变阻器电压减小，根据闭合电路欧姆定律可知伏特表的示数增大，故A正确，B错误；
CD．磁敏电阻的阻值与磁感应强度的方向无关，所以闭合开关S，图乙中只改变磁场方向原来方向相反时，伏特表的示数不变，故CD错误．
9．B
【详解】
K闭合时传感器上恰好无示数，说明小球所受电场力和重力平衡，由于小球带正电，所以电容器上极板为负，由楞次定律，可知线圈中的磁场B正在增加。根据分析列出方程
解得
故选B。
10．B
【详解】
由电路结构判断可知其中的逻辑电路为非门电路；当光敏电阻受到光照时，光敏电阻两端电势差趋近于零，小灯泡L上端为高电平，下端为低电平，故小灯泡L将发光。选项B正确，ACD错误。
故选B。
11．A
【详解】
动圈式话筒是通电导体在磁场中受力，变化的电流通过线圈，产生变化的磁场，从而让扬声器的膜片振动，产生声音，A错误；电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制，B正确；电子秤所使用的测力装置是力转换成电信号来显示大小，属于力传感器，C正确；金属热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻随温度变化来测量温度的一种温度敏感元件，D正确．
12．D
【详解】
转化前要消耗机械能，转化后得到了电能，所以为机械能转化为电能．故选D
13．BC
【详解】
根据电容的决定式：，可知当待测压力增大时，电容器极板间距离减小，电容增大，电容两端电势差不变，根据Q=CU可知，电容器的电荷量将增加，电流表将会有示数，所以若电流表有示数，则压力 F 发生了变化，故BC正确，AD错误．
14．BD
【详解】
A．当有光照射 R1时，R1的电阻减小，则整个电路总电阻变小，电动势不变，则电流增大，根据可知，R1两端电压减小，即信号处理系统获得低电压，故A错误，B正确；
CD．当无光照射 R1时，R1的电阻增大，则整个电路总电阻变大，电动势不变，则电流减小，根据可知， R1两端的电压增大，即信号处理系统获得高电压，则信号处理系统每获得一次高电压就记数一次，故C错误，D正确。
故选BD。
15．AC
【详解】
AB．当电路中电流I=3A时，电子秤测量的体重最大.由欧姆定律得到，代入R=30-0.02F得到F=1400N；故A正确，B错误.
CD．踏板空载时F=0，代入R=30-0.02F得到电阻R=30Ω，由欧姆定律得，所以该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘0.375A处；故C正确，D错误；
故选AC.
16． 增大 温度 热电阻
【详解】
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。
17． 半导体电阻 压阻
18． 100； 1；
【详解】
（1）当托盘内不放重物时，弹簧弹力为：kx=m0g，可得k=100N/m． 故弹簧劲度系数k=100N/m=1N/cm
（2） 当重量最大时，轻杆位于R最下端，此时弹簧又缩短了10cm， 所放重物重量mg=k△x，可得m=1kg．
（3）当称量物体的质量为m时，弹簧又被压缩的量，此时与电压表并联部分的电阻；电压表示数为， 即.
19．（1） “与”；远大于
（2）小一些
【详解】
（1）由图可知，饮水机的自动加热原理是：当水温较低时，Rx阻值较大，A为高电势，且有水浸没S1，B也为高电势，则QC之间才有高电压输出，电磁继电器有电流通过，将吸动S2闭合，发热器工作；
当水温较低时和水浸没S1，两个条件同时满足时，QC之间才有高电压输出，发热器才会工作，故P应是与逻辑门．Rx是一个热敏电阻，低温时Rx应远大于Ry．
（2）由原理可知，当水温较低时，Rx阻值较大，A为高电势；为了提高加热起始温度，即水的温度稍高一些，Rx阻值比较小了一点时，A点仍然是高电压；变阻器Ry应该调的小一些．
20．（1）(2)见解析
【详解】
(1)如图所示；
(2)按图接好电路，合上开关S，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B接触到S1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F有磁力，吸下衔铁E，使S2断开，电动机M不工作，停止注水，当水位下降使B与S1脱离，控制电路停止工作，F无磁性，D拉动E，使S2接通，M工作．
21．100Ω
【详解】
要使恒温箱内温度保持120℃，则热敏电阻的阻值为
根据闭合电路的欧姆定律
解得
22．（1）工业烟尘浊度监测：烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的，如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，使照射到光电三极管上的光线减少，其电阻变大，与传感器连接的电路检测出这种变化，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。
（2）条形码扫描笔：当扫描笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光电三极管接收不到反射光，呈高阻抗，处于截止状态，当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光电三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通，整个条形码被扫描过之后，光电三极管将条形码变形一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，完成对条形码信息的识别。
（3）工业产品计数器或者银行点钞机：当产品陆续通过光源和光电传感器之间的时候，就会不断的遮挡相应的光源到光电传感器相应的光路，光电三极管的电阻就会发生变化，对于相应的光电脉冲电路就会产生电脉冲信号，当通过的产品遮光一次的时候，光电传感器电路就会生产一个脉冲，以此类推，最后输出脉冲数就是产品数，相应的计数会通过显示电路显示出来。
（4）测量机器转速：在电动机的旋转轴上涂上黑白两种颜色，转动时，反射光与不反射光交替出现，光电传感器相应地间断接收光的反射信号，并输出间断的电信号，再经放大器及整形电路放大整形输出方波信号，最后由电子数字显示器输出电机的转速。
23．（1）（2）见解析；（3）力电转换器作为一种测量装置就有量程和零误差问题，所以实验中可能会出现的问题有：①待测物体质量超出转换器量程；②因电源电压不够而输出电压调不到零。
【详解】
（1）由于测量时要求输入电压的可调范围尽可能大，所以测量电路的输入端应连成滑动变阻器的分压电路，输出端要接电压表，用以测量输出电压，测量电路如图所示
（2）测量步骤为：
①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零；
②将砝码m0放在转换器上，记下输出电压U0，则
U0=km0g
得
k=
③将待测物体放在转换器上，记下输出电压U，测得
U=kmg
代入k值得
m=m0
（3）力电转换器作为一种测量装置就有量程和零误差问题，所以实验中可能会出现的问题有：①待测物体质量超出转换器量程；②因电源电压不够而输出电压调不到零。
答案第1页，共2页