5.2、常见传感器的工作原理及应用基础练习（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16题）
1．传感器的应用改变了我们的生活，没有传感器，就不可能有现代化的自动控制技术，下列有关传感器的判断正确的是（ ）
A．传感器是将电学量（如电压、电流等）转化成非电学量（如压力温度、位移等）的装置
B．热敏电阻的电压随温度变化而变化
C．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
D．光敏电阻在有光照射时，电阻会变小
2．下列说法不正确的是
A．温度传感器通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变制成的
B．红外线传感器接收携带着信息的红外线，转换成电信号，从而得知辐射源的相关信息．
C．目前常用的传感器有温度传感器、生物传感器、及压力传感器等
D．热敏电阻是由绝缘材料制成的电阻器，其电阻值会随温度值的变化而改变．
3．在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其中电阻率ρ随温度t变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能．对此，下列判断正确的是
A．通电后，其电功率一直增大
B．通电后，其电功率先减小，后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在和之间的某一值不变
4．关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A．传感器能将电学量按一定规律转换成非电学量
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减小
5．如图是测试热敏电阻R的实验电路图，滑动变阻器调节到某一定值，实验中观察到当温度升高时灯更亮，下列对该实验现象分析正确的有（　　）
A．电路中电流减小了 B．电路中电流增大了
C．温度升高时，热敏电阻的阻值增大 D．温度升高时，灯泡电阻的阻值减小
6．传感器的应用改变了我们的生活，没有传感器，就不可能有现代化的自动控制技术，下列有关传感器的判断正确的是(　　)
A．传感器是将电学量(如电压、电流等)转化成非电学量(如压力、温度、位移等)的装置
B．温度传感器中使用到的热敏电阻是利用了一些半导体材料在温度发生变化时电阻不变这一特性而制成的
C．空调机、电冰箱、微波炉和消毒柜等家用电器几乎都要用到红外线传感器
D．卫星遥感、家电遥控系统、生命探测器等使用的是红外线传感器
7．下列生活中的传感器，把光信号变成电信号的是（　　）
A．走廊照明灯的声控开关 B．自动洗衣机中的压力传感装置
C．控制电视机开关的遥控器 D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
8．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
9．下列关于传感器的说法中正确的是（）
A．金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器
B．电饭锅通过压力传感器实现温度的自动控制
C．干簧管是一种能够感知电场的传感器
D．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量或者电路的通断
10．汽车进气管道中使用的“热线式空气流量传感器”，其核心部分是一种用特殊材料制作的电热丝R，如图所示，当进气管道中的冷空气流速越大时，定值电阻R两端电压U0就越高。由此将管道内空气流量的信息转变成了可以测量的电压信息。则该传感器中电热丝的电阻R与摄氏温度t的关系可能是（　　）
A． B．
C． D．
11．传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示传感器是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，有以下说法：其中正确的是（　　）
①若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流
②若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流
③若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流
④若电流表有示数，则说明压力F发生了变化
A．②④ B．①④
C．③④ D．①③
12．在如图所示的电路中，电池的电动势为E，内阻为r，R1为金属电阻、R2为光敏电阻、R3为热敏电阻．设电流表A的读数为I，电压表V1的读数为U1，电压表V2的读数为U2，三个电阻中仅有一个电阻的阻值发生变化，则下面的分析正确的是（ ）
A．给R1升温，I变小，U1变小
B．用光照R2，I变小，U2变大
C．给R3降温，I变大，U1变大
D．给R1降温，I变小，U1变小
13．某同学准备用一种热敏电阻制作一只电阻温度计。他先通过实验描绘出一段该热敏电阻的I一U曲线，如图甲所示，再将该热敏电阻Rt，与某一定值电阻串联接在电路中，用理想电压表与定值电阻并联，并在电压表的表盘上标注温度值，制成电阻温度计，如图乙所示。下列说法中正确的是（　　）
A．从图甲可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高而增大
B．图乙中电压表的指针偏转角越大，温度越高
C．温度越高，整个电路消耗的功率越小
D．若热敏电阻的阻值随温度均匀变化，则表盘上标注温度刻度也一定是均匀的
14．下列有关电现象的说法中正确的是（ ）
A．导体中没有电流时，导体内的自由电荷也是运动的
B．欧姆定律适用于一切导体
C．W＝UIt适用于一切电功的计算
D．热敏电阻阻值都是随温度的升高而增大的
15．如图所示是一种自动控制水温的装置，P、Q是加热电路的两个触头，M、N是热敏电阻的两个触头，则下列说法正确的是（ ）
A．P、Q应接在a、b之间
B．P、Q应接在c、d之间
C．M、N应接在e、f之间
D．M、N应接在c、d之间
16．下列装置中利用了温度传感器的是(　　)
A．电熨斗 B．电饭锅 C．电子秤 D．火灾报警器
二、填空题
17．温度传感器是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的，它广泛应用于电冰箱、冰柜和室内空调等家用电器中，现利热敏电阻设计如图甲所示，电路测一特殊电源的电动势和内阻。G为灵敏电流计，内阻保持不变；为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当的温度等于120℃时，电流计的示数，当的温度等于20℃时，电流计的示数为。则可求出该电源的电动势______V，内阻______。
18．传感器是机器人的感觉器官，它能采集和检测外界多种信息。并把它转换成__________。传感器种类很多，在已学过的“DIS实验”中的传感器有__________、__________、__________等。
19．如图所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往RT上擦一些酒精，表针将向________（选填“左”或“右”）偏转；若用电吹风机将热风吹向RT，表针将向________（选填“左”或“右”）偏转。（负温度系数指温度升高电阻减小）
20．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，图甲为某工厂成品包装车间的光传感记录器示意图，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.3 m，则传送带运动的速度是___________,该传送带每分钟输送________个工件．
综合题
21．有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，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（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下表所示：
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
设踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端电压恒为4.68V，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20mA，这个人的体重是多少？（取g=10N/kg）
22．加速度计是测定物体加速度的仪器。在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源。如图为应变式加速度计的示意图。当系统加速时，加速计中的敏感元件也处于加速状态。敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件的下端可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移并转换为电信号输出。已知敏感元件的质量为m，两侧弹簧的劲度系数均为k，电源电动势为E，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R，有效长度为l，静态时，输出电压为U0，试推导加速度a与输出电压U的关系式。
23．有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，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 0~3A，电源电动势为 E=15V，内阻为 r=1Ω，电阻R随踏板变化的函数为R=29-0.02F (F和R的单位分别是 N 和Ω)．
（1）求该秤零刻度线 ( 即踏板空载时的刻度线)对应的流强度大小；
（2）求该秤能测量的最大体重；
（3）该秤的刻度(体重刻度)是否均匀
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A. 传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力角度等转换成电学物理量（如电压、电流、电量等)的一种元件，故A不符合题意；
B. 热敏电阻的电阻随温度变化而变化将热量转化为电流这个电学量故B不符合题意；
C. 干簧管是将一对磁性材料制成的弹性舌簧片密封于玻璃管中，舌簧端面互叠，但留有空隙，当干簧管处在磁场中，舌簧由于磁化而吸引，利用磁化及磁极间的相互作用，故C不符合题意．
D. 光敏电阻在有光照射时，电阻会变小故D符合题意．
2．D
【详解】
试题分析：热敏电阻是由一些合金组成的，不是绝缘材料，D错误
3．D
【详解】
通电后半导体材料的温度逐渐升高，由图象可知，半导体的电阻率先变小，后变大，由电阻定律可知，半导体材料的电阻R先变小后变大，电源电压U不变，由可知，半导体材料的电功率先增大，后减小，故AB错误；由图象可知，在这区间里电阻R随温度升高而减小；在这区间里电阻R随温度的升高而增大，在之后的区间里电阻R随温度的升高而减小．在家庭电路中电压不变，电热器的电功率，可知电阻器的发热功率与电阻成反比．在温度升到前，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，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，温度保持在至间的某一值不变，保持稳定，故C错误，D正确；故选D．
4．D
【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错误；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； 半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，选项D正确；故选D.
5．B
【详解】
AB．电路图中的元件是串联关系，灯泡变亮，功率变大，根据
PL=I2RL
得到电流变大，故A错误，B正确；
C．电路的总电流变大，根据闭合电路欧姆定律可得总电阻变小，故热敏电阻的阻值减小了，故C错误；
D．温度升高时，灯泡电阻的阻值将增大，故D错误。
故选B。
6．D
【详解】
A、传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、角度等）转换成电学物理量（如电压、电流、电量等）的一种元件，故A错误.B、热敏电阻利用了半导体材料随温度升高而阻值变大，选项B错误．C、空调机、电冰箱、消毒柜在达到设定的温度后，会自动停止工作，这是因为使用了温度传感器，故C错误．D、自动门、生命探测器、家电遥控系统、非接触式测温仪均能发出红外线，所以使用的是红外线传感器，故D正确．故选D.
7．C
【详解】
A．声控开关是声音传感器，将声音信号变成电信号，故A错误；
B．压力传感装置将压力信号转化为电信号，故B错误；
C．电视机遥控器是光传感器，将光信号变成电信号，故C正确；
D．温控器是将温度信号转化为电路的通断，故D错误。
故选C。
8．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
【点睛】能量转化要明确转化前是什么能，消耗了什么能，转化后是什么能，得到什么能．
9．D
【详解】
金属热电阻作为温度传感器是利用导体的电阻随温度变化来工作的，可以将热学量转换为电学量，故A错误；
电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制，故B错误；
干簧管是一种能够感知磁场的传感器，故C错误;
传感器作为一种将其他形式的信号转换为电信号的装置，能将非电学量按一定规律转换成电学量或者电路的通断，故D正确.
故选D
10．C
【详解】
由题意知，当进气管道中的冷空气流速越大时，定值电阻R两端电压U0就越高，说明电路中电流增大，电阻减小，则电热丝是正温度系数的热敏电阻，温度越低，电阻越小，根据热敏电阻的特性可知，Rt随温度t变化的图线为曲线，不是直线，故C正确，ABD错误。
故选C。
11．A
【详解】
若F 向上压膜片电极，使得电容器极板间的相对距离变小，电容变大，电容器和电源相连电压不变，由
知Q变大，电源对电容器充电，外电路中产生顺时针方向的瞬时电流，电路中有从b到a的电流，电流表也就有示数了，直到再次充满。
只要压力F发生变化，极板间距离就变化，电容也就变化，电容器就要进行充、放电，电流表就有示数。故A正确，BCD错误。
故选A。
12．B
【详解】
AD、R1为金属电阻，给R1升温，R1变大，外电路总电阻增大，干路电流减小，电源的内电压减小，路端电压增大，则通过R2和R3这条支路的电流增大，则电流表的读数I变小，U1变大，相反，给R1降温，电流表的读数I变大，U1变小，故A、D错误．
B、R2为光敏电阻，用光照R2，R2减小，外电路总电阻减小，干路电流增大，电源的内电压增大，路端电压减小，则流表的读数I变小，通过R2和R3这条支路的电流增大，U2变大，故B正确．
C、R3为热敏电阻，给R3降温，R3增大，外电路总电阻增大，干路电流减小，电源的内电压减小，路端电压增大，则电流表的读数I变大，通过R2和R3这条支路的电流减小，U1变小，故C错误．
13．B
【详解】
A．I U图象上的点与原点连线的斜率的倒数表示电阻，由甲图可知，I越大，电阻越小，而温度越高，则热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，选项A错误；
B．温度越高，Rt阻值越小，热敏电阻Rt与定值电阻R串联接在电路中，电路中电流越大，R的电压越大，电压表的指针偏转角越大，因此电压表的指针偏转角越大，温度值越大，选项B正确；
C．温度越高，电路中电流越大，由P=IU可知，整个电路消耗的功率越大，选项C错误；
D．若热敏电阻的阻值随温度线性变化，由闭合电路欧姆定律
可知电路中电流I随温度是非线性变化的，由电压表的示数U=IR可知，U随温度是非线性变化的，因此表盘标注温度刻度一定是不均匀的，选项D错误。
故选B。
14．AC
【详解】
试题分析：导体中没有电流时，导体内的自由电荷电在做无规则运动；故A正确；欧姆定律只适用于纯电阻电路及电解液导电；不适用于气体导电；故B错误；W=UIt为电流做功的公式，适用于一切电功的计算；故C正确；温度升高，热敏电阻阻值越小，故D错误；故选AC．
15．AC
【详解】
P、Q应该分别接在触头a、b之间，同时，M、N应该分别接e、f，其工作原理是当水温升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b断开，使加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻温度减小，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧拉上去，使a、b之间连接，加热装置开始加热，从而实现控制水温。
故选AC。
16．AB
【详解】
A、电熨斗是用双金属片制成的自动开关．双金属片是把长和宽都相同的铜片和铁片紧紧地铆在一起做成的．受热时，由于铜片膨胀得比铁片大，双金属片便向铁片那边弯曲．温度愈高，弯曲得愈显著，故A正确；
B、电饭锅的工作原理：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到原来状态，则触点接通，电饭锅通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热，故B正确；
C、电子称使用的压力传感器．故C错误；
D、火灾报警器，是当有火灾时，会发生烟，进入火灾报警器时，利用光的漫反射，从而触发开关报警，使用它使用的是光传感器．故D错误．
故选AB．
17． 5.04 300
【详解】
根据图像可知当的温度等于120℃时，热敏电阻的阻值
R=2000Ω
由串联电路特点及闭合电路欧姆定律得
当的温度等于20℃时，热敏电阻的阻值
R1=4000Ω
由串联电路特点及闭合电路欧姆定律得
联立解得
E=5.04V
18． 电信号 力传感器 电流传感器 电压传感器
【详解】
传感器把采集和检测到的外界多种信息转换成电信号。
传感器种类很多，在已学过的“DIS实验”中的传感器有力传感器、电流传感器、电压传感器等。
19． 左 右
【详解】
若往RT上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，RT温度降低，电阻值增大，所以表针应向左偏转；用电吹风机将热风吹向RT，RT温度升高，电阻值减小，所以表针向右偏转。
20． 0.3m/s 60
【详解】
根据题意结合图象知，相邻工件的时间为，相邻位移为0.3m，则传送带的速度．传送带每小时输送工件个数个．
21．（1）；（2）15.6mA；（3）55kg
【详解】
（1）由表中数据可归纳得出
（2）依题意可知，电子秤空载时压力传感器受到的压力为零，电阻R1=300Ω，电路中的电流为
所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15.6mA处。
（3）当电流表刻度盘的读数为I2=20mA时，压力传感器的电阻
由
解得
再由
可得
故人的体重为
22．
【详解】
设静态时滑动变阻器的滑片距左端为x，则敏感元件的输出电压为
设系统向右加速时,滑片左移Δx，敏感元件两侧的弹簧形变量都为Δx，且方向相同，则敏感元件的动力学方程为
此时敏感元件的输出电压为
综合可得
向右加速运动时
设系统向左加速时,滑片右移Δx，敏感元件两侧的弹簧形变量都为Δx，且方向相同，则敏感元件的动力学方程为
此时敏感元件的输出电压为
综合可得
向右加速运动时
综合可得
若U>U0，系统的加速度方向水平向左；
若U23．（1）0.5A；（2）1250N；（3）刻度不均匀
【详解】
（1）由题意，零刻度线(即踏板空载时的刻度线)对应的压力F=0，由电阻R随踏板变化的函数关系R=29-0.02F，此时R=29Ω，由闭合电路欧姆定律I=，代入E=15V，内阻为r=1Ω得：该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)对应的流强度大小I=0.5A
（2）由题意可知， F越大，R越小，由闭合电路欧姆定律知电流强度I越大，所以当电流表达到满量程I=3A时F最大．
根据I=，把R=29-0.02F，E=15V，r=1Ω，I=3A代入得：
该秤能测量的最大体重F=1250N
（3）由I=知，电流I与F不成正比，刻度不均匀．
答案第1页，共2页