5.1常见传感器的工作原理 综合训练 （word版含答案）

5.1常见传感器的工作原理
一、选择题（共15题）
1．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是（　　）
①温度传感器 ②光传感器 ③声音传感器 ④热传感器．
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
2．传感器的使用使我们的生活更加方便、安全和舒适。家用全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置一般采用的是（　　）
A．温度传感器 B．压力传感器
C．微生物传感器 D．红外线传感器
3．关于传感器工作的一般流程，以下选项中正确的是（　　）
A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
4．下列关于传感器说法中不正确的是（　　）
A．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它将压力大小转化为可变电阻，进而转化为电压信号
B．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
C．电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断
D．光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量
5．传感器在各种领域中有着广泛应用，是自动控制设备中不可缺少的元件。如下图所示为几种电容式传感器，其中通过改变电容器两极间距离而引起电容变化的是：（　　）
A． B．
C． D．
6．关于光敏电阻，下列说法正确的是（　　）
A．受到光照越强，电阻越小 B．受到光照越弱，电阻越小
C．它的电阻与光照强弱无关 D．以上说法都不正确
7．测定压力变化的电容式传感器如图所示，A 为固定电极，B为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器。可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容。现将此电容式传感器连接到如图所示的电路中，当待测压力增大时（　　）
A．电容器的电容将减小 B．电阻R中没有电流
C．电阻R中有从α流向b的电流 D．电阻R中有从b流向a的电流
8．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
9．关于传感器及其工作原理，下列说法正确的是（　　）
A．传感器是把电学量转换为非电学量，以便进行测量、传输、处理和控制
B．硫化镉制作的光敏电阻在被光照射时，随着光照的增强，其电阻值变小
C．金属热电阻比热敏电阻的化学稳定性好，测温范围大，灵敏度高
D．霍尔元件能够检测磁场及其变化，其原理是法拉第电磁感应定律
10．电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置。由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一物理量的值，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法不正确的是（　　）
A．甲图的传感器可以用来测量角度
B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C．丙图的传感器可以用来测量压力
D．丁图的传感器可以用来测量速度
11．酒精测试仪（主要部件是二氧化锡半导体型酒精气体传感器）用于测试机动车驾驶人员是否酒驾。酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比，那么电压表的示数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越小，C与U成反比
B．U越大，表示C越大，C与U成正比
C．U越大，表示C越小，但是C与U不成反比
D．U越大，表示C越大，但是C与U不成正比
12．下列说法正确的是（　　）
A．电熨斗中的双金属片是温度传感器
B．金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差
C．霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器
D．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量
13．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，可根据其特点制作如图甲所示的电子秤。现在电子称上轻放一个物块，电流表的示数如图乙所示，下列判断正确的是（　　）
A．0~t1时间内，物块还未与电子秤接触
B．t1~t2时间内，物块已经从电子秤上拿走
C．t2~t3时间内，物块开始从电子秤上拿走
D．若将该电子秤放在加速上升的电梯中测量该物块，则此时电流表的示数一定比I2大
14．如图所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103℃，下列说法中正确的是（　　）
A．常温下感温磁体具有较强的磁性
B．当温度超过103℃时，感温磁体的磁性较强
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会自动跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起
15．如图所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻（光照时电阻会变小），下列说法中正确的是（　　）
A．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小
B．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大
C．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小
D．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大
二、填空题
16．如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光敏电阻R1能接收到发光元件A发出的光，R2为定值电阻，每当工件挡住A发出的光，光传感器B就输出一个电信号（挡光时间忽略不计），并经信号处理器处理后在屏幕显示出电信号与时间的关系，如图乙所示．若传送带保持匀加速运动，每个工件均相对传送带静止，且相邻工件间距依次为7.5、15.0、22.5、30、…（单位：cm）．则当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一次　 　电压（选填“高”或“低”），工件的加速度的大小为　 　 m/s2．
17．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 光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件 照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为 右图是某次实验时得到的光敏电阻随照度变化的图象，由图象可得出的结论　 　 当天色暗到一定的程度时，光控开关会自动处于　 　 状态 选填“接通”或“断开”
18．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0．1 kg，半圆形碗的半径为15cm，则从图象中能观察到滑块运动过程中的最大速度为　 　m/s。
19．如图甲所示为在温度为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，恒温箱内的电热丝发热，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　 　℃。
三、综合题
20．如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前后壁上各安装一个压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0kg的滑块，滑块可在箱底无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器A、B上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出，现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器B在前，传感器A在后，汽车静止时，传感器A、B的示数均为10.0N．求：
（1）若传感器A的示数为14.0N，B的示数为6.0N，汽车的加速度大小和方向？
（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器A的示数为零？
21．如图所示为检测某传感器的电路图，传感器上标有“3 V 0．9 W”的字样（传感器可看做一个纯电阻），滑动变阻器R0上标有“10 Ω 1 A”的字样，电流表的量程为0．6 A，电压表的量程为3 V。求
（1）传感器的电阻和额定电流？
（2）为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压最大值是多少？
（3）如果传感器的电阻变化超过标准值1 Ω，则该传感器就失去作用。实际检测时，将一个恒压电源加在图中a、b之间，闭合开关S，通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压，检测记录如下：
电压表示数U/V 电流表示数I/A
第一次 1．48 0．16
第二次 0．91 0．22
若不计检测电路对传感器电阻的影响，你认为这个传感器是否仍可使用？此时a、b间所加的电压是多少？
22．一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷量，即q＝1．6×10－19 C，霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动控制升降电动机的电源的通断等。在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽AB＝1．0×10－2m、长BC＝4．0×10－2m、厚h＝1×10－3m，水平放置在竖直方向上的磁感应强度B＝1．5 T的匀强磁场中，BC方向通有I＝3．0 A的电流，如图所示，沿宽度产生1．0×10－5 V的横向电压。
（1）假定载流子是电子，A、B两端中哪端电势较高？
（2）薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大？
答案部分
1．B
【解答】解：楼道照明灯天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应．原因是天黑没有光，则声音传感器起作用，当在白天声音传感器不起作用．所以电路中光传感器则安装在声音传感器之前．
故选：B
2．B
【解答】家用全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，是通过不同的压力转换成相应的电学量，采用的是压力传感器，B符合题意。
故答案为：B。
3．C
【解答】传感器工作的一般流程为：非电学量被敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量，选项C正确，A、B、D错误。
故答案为：C
4．B
【解答】A．在电子秤中的应用电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压差信号，A正确，不符合题意；
B．话筒是一种常用的声波传感器，其作用是声信号转换为电信号，B错误，符合题意；
C．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断。C正确，不符合题意；
D．光敏电阻的工作原理实际上是传感器把光信号转换成电信号，D正确，不符合题意；
故答案为：B。
5．C
【解答】A图是可变电容器，通过改变电介质，来改变电容器的电容，A不符合题意；
B图，电容器的一个极板时金属芯线，另一个极板是导电液，故是通过改变电容器两极间正对面积而引起电容变化的，B不符合题意；
C图是通过改变极板间的距离，改变电容器的电容，C符合题意．
D图，电容器为可变电容器，通过转动动片改变正对面积，改变电容器的电容，D不符合题意；
故答案为：C .
6．A
【解答】光照增强时，光敏电阻中载流体增多，所以导电能力增强，电阻越小，选项A正确。
7．D
【解答】当待测压力增大时，电容器两极板间的距离减小，根据平行板电容器电容的决定式 可知电容增大，选项A错误；电容器两极板间电压Ｕ不变，所带电荷量Ｑ＝CＵ，C增大，则Ｑ增大，电容器处于充电状态，则电路中形成逆时针方向的电流，电阻Ｒ中的电流从ｂ流向ａ，选项B、C错误，D正确。
故答案为：D
8．A
【解答】传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量，A符合题意；金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器，B不符合题意；干簧管是能够感知磁场的传感器，C不符合题意；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。D不符合题意； 故答案为：A。
9．B
【解答】A．传感器能够把非电学量转化为电学量，以便进行测量、传输、处理和控制，A不符合题意； B．硫化镉制作的光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，随着光照的增强，载流子增多，导电性变好，B符合题意；
C．金属热电阻比热敏电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差，C不符合题意；
D．霍尔元件能够检测磁场及其变化，它是根据霍尔效应原理制成的，不是根据法拉第电磁感应定律，D不符合题意。
故答案为：B。
10．D
甲图角度变化能导致极板正对面积变化；乙图高度变化能导致极板正对面积变化；丙图F变化能导致极板间距变化；丁图物体位置变化导致电介质变化。所以，甲、乙、丙、丁分别测角度、高度、压力、位移。选项D错误。
11．D
【解答】题中给出传感器电阻 的倒数与酒精气体浓度 是正比关系，即 ，电压表示数 ，可以看出电压与浓度的关系不是正反比关系，但随浓度的增大而增大．D符合题意；
故答案为：D
12．A,B,C
【解答】利用双金属片温度传感器可以控制电熨斗的温度，A符合题意；金属热电阻由金属材料制成，其化学稳定性好，但灵敏度差，B符合题意；霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器，C符合题意；热敏电阻是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，D不符合题意。
故答案为：ABC
13．A,D
【解答】ABC．物体放在电子秤上时，对压敏电阻的压力逐渐变大，则电阻减小，电流会变大，最后处于稳定状态，由图像可知，0~t1时间内，物块还未与电子秤接触；t1~t2时间内，物块处在放在电子秤上的过程；t2~t3时间内，物块已经放在了电子秤上了， A符合题意，BC不符合题意；
D．若将该电子秤放在加速上升的电梯中测量该物块，则物块对电子秤的压力将大于物块的重力，压力越大，电阻越小，电流越大，即此时电流表的示数一定比I2大，D符合题意。
故答案为：AD。
14．A,C,D
常温下感温磁体的磁性较强，当按下开关按钮，永磁体与感温磁体相互吸引而接通电路，而感温磁体的居里温度是103℃，常压下只要锅内有水，锅内温度就不可能达到103℃，开关就不会自动断开；饭熟后，水分被吸收，锅底温度就会达到103℃，感温磁体磁性消失，在弹簧的作用下开关自动跳起。综上所述A、C、D三项正确。
15．A,D
【解答】光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照强度越大，光敏电阻阻值越小。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值变小，电路中电流变大，电源内阻上的电压变大，路端电压变小，所以电压表读数变小，选项A正确；相反，当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电路中电流变小，电源内阻上的电压变小，路端电压变大，所以电压表读数变大，选项D正确。
16．低；0.3m/s2
【解答】解：由题意知，工件做匀变速直线运动且相邻工件间距依次为7.5、15.0、22.5、30、…
有图乙知相邻时间间隔为T=0.5s，△s=aT2，
得： = =0.3m/s2，
光敏电阻的特点，有光照射电阻较小，无光照射电阻较大，
根据电路连接关系知当无光照射R1时，电阻较大，分压较大，R2分压较小，故光传感器就输出一次低电压．
故答案为：低 0.3m/s2
17．光敏电阻阻值随着光的照度增大而减小；接通
【解答】由图可知，其特点为：光敏电阻的阻值随光照强度的增大呈非线性减小．由照明原理可知，当光线较暗时，应接通电路使灯泡发光.
18．1．0；0．95
由图象的周期性易得周期为1．0s；从图象可知，小滑块的机械能在不断减少，应该在有最大压力1．6 N时对应的速度最大，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 ，代入数据，即可求解最大速度为0．95m/s。
19．32
本题考查了自动恒温箱的原理，抓住Uab＝0的临界状态进行研究。设电路路端电压为U，当Uab＝0时，有 R1＝ ·R3，解得Rt＝20 kΩ。由题图可知，当Rt＝20 kΩ时，t＝32 ℃。
20．（1）解：设汽车的加速度为a1，由牛顿第二定律，有：
FA﹣FB=ma1
解得：
a1= =4 m/s2 方向向右
答：若传感器A的示数为14.0N，B的示数为6.0N，汽车的加速度大小为4 m/s2，方向向右
（2）解：由于两根轻弹簧是相同的，当传感在A的示数为零时，则F'B=20N
设汽车的加速度为a2，则F'B=ma2
汽车加速度：a2=10m/s2 方向向左．
即汽车加速度向左且大小为10 m/s 2时传感器A的示数为零
答：当汽车加速度向左且大小为10 m/s2时传感器A的示数为零
21．（1）解:R传＝ ＝ Ω＝10 Ω
I传＝ ＝ A＝0．3 A
（2）解:最大电流I＝I传＝0．3 A
电源电压最大值Um＝U传＋U0
U传为传感器的额定电压，U0为R0m＝10 Ω时R0两端的电压，即
U0＝I传·R0m＝0．3×10 V＝3 V
所以Um＝U传＋U0＝3 V＋3 V＝6 V
（3）解:设实际检测时加在a、b间的电压为U，传感器的实际电阻为R传′，根据第一次实验记录数据有U＝I1R传′＋U1
根据第二次实验记录数据有U＝I2R传′＋U2
代入数据解得R传′＝9．5 Ω，U＝3 V
传感器的电阻变化为ΔR＝R传－R传′
＝10 Ω－9．5 Ω＝0．5 Ω＜1 Ω
所以此传感器仍可使用
22．（1）解:根据左手定则可确定A端电势高。
（2）解:当霍尔元件内由于载流子有沿电流方向所在的直线定向运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动，产生横向电场，横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时，霍尔元件横向电压稳定。设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速度为v，横向电压为UAB，横向电场强度为E，电场力为Fe＝E·e＝ ·e
洛伦兹力FB＝evB
平衡时 ·e＝evB
得v＝ ＝6．7×10－4m/s