5.3用传感器制作自动控制装置 综合训练（word版含答案）

5.3用传感器制作自动控制装置
一、选择题（共14题）
1．测温仪使用的是（　　）
A．光传感器 B．红外线传感器 C．温度传感器 D．超声波传感器
2．商场里常用电子秤，电子秤中使用的是（　　）
A．温度传感器 B．压力传感器 C．超声波传感器 D．红外线传感器
3．传感器能够把非电学量转化为电学量，可以很方便地测量、传输、处理和控制。关于光敏电阻在传感器中的作用，下列说法正确的是（　　）
A．将热信号转化为电信号 B．将光信号转化为电信号
C．将力信号转化为电信号 D．将磁信号转化为电信号
4．中国物联网校企联盟认为“传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来”.下列关于传感器的作用或应用不符合实际的是（ ）
A．热敏电阻是半导体材料制成,它是温度传感器的重要组成部分
B．干簧管是一种能感知磁场的敏感元件,在电路中是一个磁控开关
C．自动门和公共场所的非触摸式自动水龙头利用了紫外线传感器
D．家庭厨房里的可燃气体泄漏报警器是用气敏元件制成
5．下列有关传感器的说法正确的是（　　）
A．霍尔元件属于光敏元件
B．半导体制成的光敏电阻的阻值随光照强度的增大而增大
C．金属制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小
D．楼道内的照明灯仅在夜晚有声音时开启，表明照明系统电路内部既有声控传感器也有光控传感器
6．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，灯的亮、灭情况的确能反映门的开、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（　　）
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
7．下列器件不是应用温度传感器的是（　　）
A．电熨斗 B．话筒 C．电饭锅 D．接触式测温仪
8．在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件，某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性的实验时，安装好如图所示装置，向杯内加入冷水，温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是（　　）
A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量
B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量
C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡
D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡
9．在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是(　　)
A．光传感器
B．温度传感器
C．声传感器
D．压力传感器
10．如图所示为一种常见的身高体重测量仪，测量仪顶部向下发射超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪可记录发射和接收的时间间隔．测量仪底部有一压力传感器，其输出电压作用在它上的压力F成正比，表达式为（k为比例系数）．某同学已知了自己的身高h、质量m和重力加速度g，他想利用该装置测量超声波速度v和比例系数k，他多次研究发现，当他站上测重台时测量仪记录的时间间隔比他没站上时减少了；当他没站上测重台时，测量仪已有输出电压为（≠0），当他站上测重台时测量仪输出电压为U，那么超声波v与比例系数k为
A． B．
C． D．
11．常用的温差发电装置的主要结构是半导体热电偶．如图所示，热电偶由N型半导体和P型半导体串联而成，N型半导体的载流子（形成电流的自由电荷）是电子，P型半导体的载流子是空穴，空穴带正电且电荷量等于元电荷e．若两种半导体相连一端和高温热源接触，而另一端A、B与低温热源接触，两种半导体中的载流子都会从高温端向低温端扩散，最终在A、B两端形成稳定的电势差，且电势差的大小与高温热源、低温热源间的温度差有确定的函数关系．下列说法正确的是（ ）
A．B端是温差发电装置的正极
B．热电偶内部非静电力方向和载流子扩散方向相反
C．温差发电装置供电时不需要消耗能量
D．可以利用热电偶设计一种测量高温热源温度的传感器
12．如图是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是（　　）
A．常温时上下触点是断开的
B．双金属片温度升高时，上金属片热膨胀系数大于下层金属
C．原来温度控制在80℃断开电源，现要求60℃断开电源，应使调温旋钮下调一些
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
13．关于应变式力传感器的说法正确的是(　　 )
A．应变式力传感器是由半导体材料制作的应变片来感知压力的变化
B．应变片的特点是拉伸时电阻变大，收缩时电阻变小
C．在应变片中通有变化的电流，那么电阻的变化就引起电阻两端电压的变化
D．当外力增大时，两个应变片两端的电压差值增大
14．如图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，以下说法正确的是
A．若F向上压膜片电极，则电路中有从a到b的电流
B．若F向上压膜片电极，则电路中有从b到a的电流
C．若电流表有示数，则说明压力F发生变化
D．若电流表没有示数，则说明压力F=0
二、填空题
15．电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控 制部分：由S2、R1和黄灯组成，工作（加热）部分；有发热 电阻 R3、R2和红灯组成，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合， 当此开关的温度达到居里点（103℃）时，自动断开，且不能自 动复位，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70℃—80℃ 时，自动断开，低于70℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯， 通过其电流必须较小，所以 R1、R2起_____作用，R3是发热 电阻．接通电源并按下 S1后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温度达到70℃—80℃时，S2断开，当温度达到103℃时饭熟，S1断开，，当温度降到70℃以下时， S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知 R2____R3（填﹤或﹦或﹥），若用电饭煲烧水时， S1_______（填“会”或“不会”）自动断开．
16．行人闯红灯是造成交通事故的违法行为之一，为记录并处罚这种行为，设计了一种闯红灯测量器，其原理为：路口人行道两头停止处均浅埋阻值R随压力F变化如图甲所示的压敏电阻，将压敏电阻接入如图乙所示的电路中，已知控制电路中电源的电动势为12V，内阻为12，继电器线圈电阻为38，滑动变阻器连入电路的电阻为100；当控制电路中的电流大于0.05A时，衔铁会被吸引，从而启动工作电路，电控照相机拍照记录违法行为。
(1)当绿灯亮起时，光控开关应处于___________（选填“闭合”或“断开”）状态。
(2)当红灯亮起时，某人经过人行道停止处，电流表A的示数会变___________（选填“大”或“小”）。
(3)质量超过___________kg的行人闯红灯时才会被拍照记录（取重力加速度大小）。
(4)若要增大“行人闯红灯违法记录仪”的灵敏度，确保体重较小的行人闯红灯时也能被拍照，请提出一个可行的方案___________。
17．将一个力传感器连接到计算机上，我们就可以测量快速变化的力，图中所示就是用这种方法测得的小滑块在半球形碗内在竖直平面内来回滑动时，对碗的压力大小随时间变化的曲线，从这条曲线提供的信息，可以判断滑块约每隔________s经过碗底一次；若滑块质量为0.1kg，半圆形碗的半径为15cm，则从图像中能观察到滑块运动过程中的最大速度为________m/s。
三、综合题
18．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、潜艇或宇宙飞船制导系统的信息源，如图所示为应变式加速度计，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端滑动臂可在滑动变阻器R上自由滑动，静止时位于滑动变阻器中央，当系统加速时，敏感元件发生位移，并转化成电信号输出，已知敏感元件的质量为m，两侧弹簧的劲度系数为k，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器的总阻值为R，有效长度为L，静态时输出电压为U0，问如何用输出信号的电压U来表示待测系统的加速度。
19．在蜂鸣式温度报警器的电路中，若将和的位置互换，取适当阻值，如图所示，还能进行高温报警吗？为什么？
20．电饭锅的工作原理如图所示，煮饭时开关是闭合的，红色指示灯亮；饭熟后（温度大约为103 ℃）开关S自动断开，黄灯亮。
(1)电阻R1的作用是保护红色指示灯不会因电流过大而烧毁，R1与电饭锅发热板的等效电阻相比，二者大小应有什么关系？为什么？
(2)通常情况下，用这种电饭锅烧水时它的自动断电功能能不能起作用？为什么？
21．如图所示，图甲为某热敏电阻的R t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单的恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为150 Ω.当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝6 V，内阻不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．
甲　　　　　　　　　　　　乙
(1)应该把恒温箱内的加热器接在A、B两端还是C、D两端？
(2)如果要使恒温箱内的温度保持100 ℃，滑动变阻器R′的阻值应调节为多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
测温仪，是温度计的一种，用红外线传输数字的原理来感应物体表面温度，操作比较方便，特别是高温物体的测量。使用的是红外线传感器。
故选B。
2．B
【详解】
根据电子秤的工作原理，可知当电子秤受到压力的作用时，会显示相应的大小，故使用的是压力传感器，故B正确，ACD错误．故选B．
3．B
【详解】
光敏电阻的作用是为了检测光信号的变化，所以光敏电阻的作用是将光信号转化为电信号，故ACD错误，B正确。
故选B。
4．C
【详解】
A、热敏电阻是由半导体材料制成的；它主要用于温度传感器中，是温度传感器的重要组成部分，故A正确；
B、干簧管是一种能感知磁场的敏感元件，在电路中是一个磁控开关，故B正确；
C、自动门和自动水龙门是利用光传感器，但不是紫外传感器，因为紫外线对人有较强的辐射作用，故C错误；
D、家庭厨房里的可燃气体泄漏报警器是用气敏元件制成，故D正确；
应用不符合实际的是故选C．
5．D
【详解】
A．霍尔元件属于磁敏元件，A错误；
B．半导体制成的光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小， B错误；
C．金属制成的热敏电阻的阻值随温度升高而增大， C错误；
D．楼道照明系统电路内部既有声控传感器也有光控传感器， D正确。
故选D。
6．D
【详解】
当门打开时，R3受红外线照射，电阻减小，从而使并联电路电阻减小，总电阻减小，电路中总电流I增大，R2两端电压
UR2＝U并＝E－I（R1＋r）
减小，R2中电流
IR2＝
减小，所以R3中电流
IR3＝I－IR2
增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，故D正确。
故选D。
7．B
【详解】
电熨斗、电饭锅、接触式测温仪应用的都是温度传感器，话筒应用的不是温度传感器。
故选B．
8．D
【详解】
AB．多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能选用电流挡，A、B错误；
CD．当温度升高时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用欧姆挡倍率小的挡，C错误，D正确．
故选D。
9．D
【详解】
电梯门上装有的传感器利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到无人时，能正常开关，若有压力就不能关门的目的。
故选D。
10．C
【详解】
设身高体重测量仪高度为L，没有站人时压力传感器的压力为F0，设当测重台上没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，根据超声波的速度和位移关系可得；根据传感器输出电压与作用在其上的压力成正比可得；当测重台上站人时，测量仪记录的时间间隔为t，同理可得，联立解得，C正确；故选C.
11．D
【详解】
A、N型半导体的载流子（形成电流的自由电荷）是电子，两种半导体中的载流子都会从高温端向低温端扩散，B端聚集电子，所以B端是温差发电装置的负极，故A错误；
B、热电偶内部非静电力方向和载流子扩散方向相同，故B错误；
C、根据能量守恒，温差发电装置供电时需要消耗热量，故C错误，
D、可以利用热电偶设计一种测量高温热源温度的传感器，故D正确；
故选D．
12．BD
【详解】
A.常温时，通电电热丝能发热，所以上、下触点应是接触的．故A错误．
B.双金属片上下金属片的膨胀系数不同，温度升高时，上层形变大，双金属片向下发生弯曲，使电路断开．故B正确．
C.原来温度上升到80℃时，断开电源，现在要求60℃时断开电源，弹性铜片与触点接触面积要减小，应逆时针调节调温旋钮，即应使调温旋钮上调一些，故C错误．
D.由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，温度要高一点，由C的分析可知，应使调温旋钮下移一些，故D正确．
故选BD．
13．ABD
【详解】
A、应变片是由半导体材料制成的，故A正确；
B、当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小，故B正确；
C、传感器输出的是应变片上电压的差值，故C错误；
D、外力越大，输出的电压差值也越大，故D正确；
故选ABD．
14．AC
【详解】
A、B、当F向上压膜片电极时，板间距离减小，由电容的决定式得到，电容器的电容将增大.因电压不变，则电容器的电量增多，处于充电状态，那么电路中有从a到b的电流，故A正确，B错误.
C、D、当F变化时，电容变化，而板间电压不变，由Q=CU，故带电荷量Q发生变化，电容器将发生充、放电现象，回路中有电流，电流计有示数.反之，电流计无示数时，压力F不变；故C正确，D错误.
故选AC.
15． 限流 大于 不会
【详解】
通过红灯、黄灯的电流必须较小，根据欧姆定律可知R1、R2限流作用；电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯被短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合，水烧开后，温度升高到103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，所以煮饭前温度低于70℃，所以S2是闭合的；R3是发热电阻，要产生很大的热量，所以电流要大一点，而通过R2的电流要小一点，而并联电路电压相等，根据欧姆定律可知R2＞R3．若用电饭煲烧水时，温度达不到居里点（103℃），S1不会自动断开．
16． 断开 大 10 滑动变阻器的滑片向b端适当移动（适当增大控制电路的电源电动势）
【详解】
(1)当绿灯亮起时，上面的工作电路应该是断开的，此时光控开关应处于断开状态。
(2)当红灯亮起时，某人经过人行道停止处，对压敏电阻产生压力，则压敏电阻阻值减小，控制电路的的电流变大，则电流表A的示数会变大。
(3)当照相机拍摄时，控制电路的电流达到I=0.05A，则由闭合电路的欧姆定律
解得
R压=90Ω
则由图可知
F=100N
即质量超过10kg的行人闯红灯时才会被拍照记录。
(4)若要增大“行人闯红灯违法记录仪”的灵敏度，确保体重较小的行人闯红灯时也能被拍照，则需要R压较大时控制电路的电流也能达到0.05A，则需要减小滑动变阻器接入电路的阻值，即滑动变阻器的滑片向b端适当移动或者适当增大控制电路的电源电动势。
17． 1.0 0.95
【详解】
滑块每次经过最低点时，速度最大，弹力最大，由图像可以看出每经过1.0s，弹力最大，所以滑块每隔1.0s经过碗底一次；
从图像可判断知，球对碗的最大压力为1.6N，此时对应的速度最大，根据半球形碗对滑块的支持力与重力的合力提供向心力，由牛顿第二定律有
代入相关数据，即可求解最大速度为
18．
【详解】
设静态时滑动变阻器的滑片距左端为L0处，加速时离开静态位置x，则在静态时
运动时
联立解得
19．不能；变成低温报警器了．
【详解】
RT和R1两个电阻的比值大小决定了A端电平的高低,决定了触发器是否触发，也就决定了报瞽器是否报警.若RT和R1的位置互换，报警器就变成了低温报警器.
20．(1)见解析；(2)见解析
【详解】
(1)R1应该远大于发热板的等效电阻。因为R1和红灯只起指示作用，消耗的电功率远小于发热板的功率，两者又是并联接入电路的，电压相同，所以流过R1和红灯的电流应远小于流过发热板的电流，因此R1应该远大于发热板的等效电阻；
(2)不能。通常情况下水的沸腾温度为100℃，因此当水烧开时水温不会达到103℃，所以自动断电功能不起作用。
21．(1)应接在A、B两端　(2)100 Ω
【详解】
(1)应接在A、B两端．
(2)由题图甲可知，t＝100 ℃时R＝50 Ω，则t＝100 ℃时继电器电路中的电流：
I＝
又E＝6 V，I＝20 mA，R继＝150 Ω
代入数据，解得
R′＝100 Ω.
答案第1页，共2页