第三章 传感器 章末总结 学案

学案3　章末总结
一、常见敏感元件的特点及应用
1．光敏电阻：光敏电阻的阻值与所受光照的强度有关，光照增强阻值减小，光照减弱阻值增大．
2．热敏电阻：热敏电阻有正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小．
例1　如图1所示是一火警报警器的部分电路示意图．其中R2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器．当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是 (　　)
图1
A．I变大，U变大 B．I变大，U变小
C．I变小，U变大 D．I变小，U变小
解析　R2所在处出现火情时，温度升高，则R2的阻值减小．R2↓→R总↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓，故显示器的电流I变小，由U＝E－I干r，I干变大，知U变小，故选项D正确．
答案　D

针对训练　如图2所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置．则(　　)
①当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高　②当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低　③当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压　④当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
图2
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
答案　C
解析　R1是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故①错误，②正确；由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故③正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故④错误，故应选C.
二、传感器的应用
1．传感器的应用
传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用．
(1)“感”是指传感器的敏感元件感应信息，并转化为电学量．
(2)“传”是指通过电路将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构．
(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作．
2．传感器电路问题的设计思路
处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：
(1)传感器所在的信息采集部分；
(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)；
(3)执行电路．
例2　传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如：温度传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻．某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图3甲所示，图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图．问：
图3
(1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在________(填“a”或“b”)处．
(2)若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________移动(填“左”或“右”)．
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是__________________________________________________________________．
解析　热敏电阻RT在温度升高时阻值变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，把右侧衔铁吸引过来，与a接触，故c应接在a处；为使启动报警的温度提高，则应使电路中电阻更大，滑片应左移．
答案　(1)a　(2)左　(3)电源提供电压太小，以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大
例3　一热敏电阻阻值随温度变化的图象如图4甲所示．请应用这一热敏电阻自行设计一控制电路．当温度高于某一值时红色指示灯亮，而温度低于这一值时绿色指示灯亮．
图4
提供的器材有：如图乙所示的继电器一只(a、b为常闭触点．c、d为常开触点)、热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿色指示灯各一个、两个独立的电池组、开关一个、导线若干等．
解析　由题图甲可以看出热敏电阻的阻值随温度升高而降低，是负温度系数的热敏电阻，设计的控制电路如图所示．当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值较大，流过电磁铁的电流较小，a、b为常闭触点，连接上绿灯，绿色指示灯亮．当温度高于某一值时，热敏电阻的阻值较小，流过电磁铁的电流较大，c、d被闭合，连接上红灯，红色指示灯
亮．滑动变阻器为限流式连接，通过调节满足热敏电阻对某一温度的控制．
答案　见解析图
1．(常见敏感元件的特点及应用)如图5所示，RT为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是(　　)
图5
①热敏电阻温度升高，其他条件不变　②热敏电阻温度降低，其他条件不变　③光照增强，其他条件不变　④光照减弱，其他条件不变
A．①③B．①④ C．②③ D．②④
答案　D
解析　电压表示数变大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于RT阻值减小或R1阻值增大，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故②、④正确，①、③错误．
2．(传感器的应用)如图6所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块B时，出现的情况是 (　　)
图6
A．L1灯亮 B．L2灯亮
C．L1、L2两灯同时亮 D．L1、L2两灯都不亮
答案　B
解析　由电路结构可以看出，当杯中的水的水位到达B时，左端电路被接通，这样螺线管就产生磁场，相当于一个磁铁，对与弹簧相连的衔铁产生吸引作用，使之向下移动，这样L2电路被接通．
3．(传感器的应用)如图7所示是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当电容值增大引起外电路的电流变化时，说明导电液体的深度h(　　)
图7
A．增大 B．减小
C．不变 D．无法确定
答案　A
解析　由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极．当导电液体深度h增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大．
4．(传感器的应用)用如图8所示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警．可供选择的器材如下：热敏电阻一个、绿灯泡一个、小电铃一个、学生电源两个、继电器一个、滑动变阻器一个、开关一个、导线若干．
图8
答案　如图所示
解析　将热敏电阻、学生电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端；将学生电源与电铃、绿灯泡分别接入c、d、e之间．正常情况时热敏电阻阻值大，ab间电流小，电磁铁磁性弱，ce接通，绿灯亮．温度升高时，热敏电阻阻值变小，ab间电流变大，电磁铁磁性变强，吸住衔铁，cd接通，ce断开，绿灯灭，电铃响．