第九章第三节 传感器的应用
题型1 常见传感器的工作原理及应用 题型2 利用传感器制作简单的自动控制装置
▉题型1 常见传感器的工作原理及应用
【知识点的认识】
传感器的工作原理
1．概念：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置，叫传感器．
2．组成：一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成．
3．原理：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量．例如，光电传感器利用光敏电阻将光信号转换成电信号；热电传感器利用热敏电阻将温度信号转换成电信号．
4．流程：
5．类别：最简单的传感器由一个敏感元件（兼转换器）组成，它感受被测量时，直接输出电学量，如热电偶．有的传感器由敏感元件和转换器件组成，设有转换电路，如光电池、光电管等；有的传感器，转换电路不止一个，要经过若干次转换．
6．传感器的分类：目前对传感器尚无一个统一的分类方法，常用的分类方法有两个：
（1）按输入量分类，如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时，相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器．
（2）按传感器的工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等．
7．传感器的元件：制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等．
1．演示位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属杆P，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是（ ）
A．物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C．物体M不动时，电路中没有电流
D．物体M不动时，电压表没有示数
【答案】B
【解答】解：
A、物体M运动时，电路中电阻没有变化，根据欧姆定律可知，电源内的电流不会发生变化。故A错误。
B、电压表测量变阻器左侧的电压，物体M运动时，左侧电压会变化，而理想电压表对电路没有影响，则电压表的示数会发生变化。故B正确。
C、物体M不动时，电路中仍有电流，而且电流不变。故C错误。
D、只有当触头P停在变阻器最左端时，物体M不动时，电压表没有示数，当触头P在其他位置时，电压表仍有示数。故D错误。
故选：B。
2．关于传感器，下列说法正确的是（ ）
A．所有传感器都是由半导体材料制成的
B．传感器一定是把非电学量转换为电学量
C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地测量、传输、处理和控制
D．干簧管是通过磁铁靠近产生电磁感应实现自动控制的
【答案】C
【解答】解：A、传感器可以是由半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料制成的，故A错误；
BC、传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量，找出非电学量和电学量之间的对应关系，故B错误，C正确；
D、干簧管是一种能够感知磁场的传感器，采用了磁化现象，没有利用电磁感应现象，故D错误。
故选：C。
3．街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的（ ）
A．压敏性 B．光敏性
C．热敏性 D．三特性都利用了
【答案】B
【解答】解：灯要求夜晚亮、白天熄。则白天有光，黑夜没有光，则是由光导致电路的电流变化，所以电路中光传感器导致电阻变化，实现动控制，因此是利用半导体的光敏性。
故选：B。
4．如图是一火警报警电路的示意图．其中R3为用某种材料制成的传感器，这种材料的电阻率随温度的升高而增大．值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器．当传感器R3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（ ）
A．I变大，U变小 B．I变小，U变大
C．I变大，U变大 D．I变小，U变小
【答案】C
【解答】解：当传感器R3所在处出现火情时，R3的电阻增大，外电路总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流I减小，路端电压变大，即报警器两端的电压U变大。传感器R3与电阻R2并联部分的电压U并＝E﹣I（r+R1），I减小，U并变大，电流表的读数变大。
故选：C。
5．如图甲（a）所示的电路中，光敏电阻R2加上图（b）所示的光照时，R2两端的电压变化规律是图乙中的（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B
【解答】解：光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2两端电压减小，但不能减小到零。故B正确、ACD错误。
故选：B。
6．如图所示是一火警报警器的电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小．电流表为值班室的显示器，电源两极之间接一报警器，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（ ）
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
【答案】D
【解答】解：当传感器R2所在处出现火情时，R2的阻值变小，R2与R3的并联电阻减小，外电路总电阻变小，则总电流变大，电源的内电压变大，路端电压变小，即有U变小。
电路中并联部分的电压U并＝E﹣I（R1+r），I变大，其他量不变，则U并变小，I也变小。所以I变小，U变小。故D正确，ABC错误；
故选：D。
7．传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示为测定压力的电容式传感器，将电容器、零刻度在中间的灵敏电流计和电源串联成闭合回路．当压力F作用于可动膜片电极上时膜片产生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转．从对膜片施加压力（压力缓慢增至某一定值）开始到膜片稳定，灵敏电流计指针的偏转情况为（已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏）（ ）
A．向左偏到某一刻度后回到零刻度
B．向右偏到某一刻度后回到零刻度
C．向右偏到某一刻度后不动
D．向左偏到某一刻度后不动
【答案】B
【解答】解：当F向上压膜片电极时，板间距离减小，由电容的决定式C得到，电容器的电容将增大，又根据电容的定义式，电容器两极的电压U不变，故Q将增大，即电容器充电，所以电流将从电流表正接线柱流入，电流计指针向右偏。当充电完毕后，电路中没有电流，电流计的指针回到零刻度。故B正确、ACD错误。
故选：B。
8．图甲为斯密特触发器，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值（1.6V）时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平（0.25V），而当输入端A的电压下降到另一个值的时候（0.8V），Y会从低电平跳到高电平（3.4V）．图乙为一光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻．关于斯密特触发器和光控电路的下列说法中正确的是（ ）
A．斯密特触发器是具有特殊功能的与门电路
B．斯密特触发器的作用是将模拟信号转换为数字信号
C．调节R1和R2的阻值都不影响光线对二极管发光的控制
D．要使二极管在天更暗时才会点亮，应该调小R1
【答案】B
【解答】解：A、天暗时，光敏电阻阻值大，A端为高电势经过非门，输出端Y为低电势LED导通，路灯亮，因此其作用可以将模拟信号转换为数字信号，故A错误，B正确；
C、当R1调大时，天更暗时，光敏电阻变大，才导致分压变大，则A端的电势高，输出端Y为低电势，LED灯亮，故CD错误；
故选：B。
9．图1是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化，若Q随时间t的变化关系为Q（a、b为大于零的常数），其图象图2所示，那么图3、图4中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是（ ）
A．①和③ B．①和④ C．②和③ D．②和④
【答案】C
【解答】解：电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，
由Q＝CU、C 与E得：Q与C成正比，而C与d成反比，则E与d成反比，所以E与Q成正比。
则由Q与t关系可得，E与t的关系：选第②；
Q随时间t的变化关系为Q 又由于Q与d成反比，所以d与t成线性关系，再由d＝vt，可知，物体速率v与时间t无关。故选第③
故选：C。
（多选）10．如图甲是录音机的录音电路原理图，乙是研究自感现象的实验电路图，丙是光电传感的火灾报警器的部分电路图，丁是电容式话筒的电路原理图，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中录音机录音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
B．乙图电路开关断开瞬间，灯泡不会立即熄灭
C．丙图电路中，当有烟雾进入罩内时，光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射，表现出电阻的变化
D．丁图电路中，声波的振动会在电路中产生恒定的电流
【答案】AC
【解答】解：A、磁带录音机的录音原理是：录音时，话筒将声音先转变成强弱变化的电流，即声信号转换为电信号（这是利用了电磁感应现象），送到录音磁头；由图可知：录音磁头是一个蹄形电磁铁，它的磁性强弱会随电信号变化，将电信号转换为磁信号（利用了电流的磁效应），故A正确；
B、乙图电路中，开关断开瞬间，由于电路不再是闭合电路，所以灯泡立即熄灭，故B错误；
C、光电三极管也是一种晶体管，它有三个电极，当光照强弱变化时，电极之间的电阻会随之变化；当有烟雾进入罩内时，光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射，表现出电阻的变化，故C正确；
D、电容话筒一样利用振膜接受空气振动信号，振膜与固定的平面电极之间形成一个电容，两者之间的距离变化会导致其电容容量的变化。在电容两端施加固定频率及大小的电压，通过电容的电流就会变化，故D错误。
故选：AC。
（多选）11．关于传感器的作用，下列说法中正确的有（ ）
A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以用来采集信息
C．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量
D．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量
【答案】BC
【解答】解：A、传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不能实现自动控制，所以A错误；
B、由于传感器可将非电学量转换成电学量，因此传感器也可以用来采集信息，所以B正确；
C、传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量，比如：光敏电阻在有光照射时，电阻会变小，所以C正确，D错误；
故选：BC。
（多选）12．工业生产中需要物料配比的地方常用“吊斗式”电子秤，图甲所示的是“吊斗式”电子秤的结构图，其中实现称质量的关键性元件是拉力传感器．拉力传感器的内部电路如图丙所示，R1、R2、R3是定值电阻，R1＝20kΩ，R2＝10kΩ，R0是对拉力敏感的应变片电阻，其电阻值随拉力变化的图象如图乙所示，已知料斗重1×103N，没装料时Uba＝0，g取10m/s2．下列说法中正确的是（ ）
A．R3阻值为40kΩ
B．装料时，R0的阻值逐渐变大，Uba的值逐渐变小
C．拉力越大应变片电阻阻值也变大，Uba传感器的示数也变大
D．应变片作用是把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量
【答案】AC
【解答】解：A、电路中，当没装料时Uba＝0，此时拉力等于料斗重，为：1×103N，故应变片电阻为20kΩ，根据串并联电压关系，有：
解得：
，故A正确；
B、C、装料时，R0的阻值逐渐变大，b点电势升高，故Uba的值逐渐增加，故B错误，C正确；
D、应变片作用是把物体拉力这个力学量转换为电阻这个电学量，故D错误；
故选：AC。
（多选）13．如图是温度报警器电路示意图，下列关于对此电路的分析正确的是（ ）
A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
【答案】BC
【解答】解：A、根据电路图知，当RT的温度升高时，RT 减小，A端电势升高，经非门后，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警，故A错误
B、同上可知，B正确
C、当增大R1时，A端电势升高，经非门后，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声，故C正确
D、同上可知，D错误
故选：BC。
（多选）14．计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息．光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，其中R1为光敏电阻，R2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R1时，处理系统获得低电压
B．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
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
【答案】BD
【解答】解：AB、由题知，当光线照射R1时，R1阻值减小、R总减小，由欧姆定律得：I且电源电压不变，
所以电路中的电流增大，
因为R2是定值电阻，U2＝IR2，
故R2两端电压增大，信号处理系统获得高压而计数，
又因为串联电路总电压等于各分电压之和，
所以R1两端的电压变小，故A错误、B正确；
CD、当光线照射时，R1阻值减小、R总减小，电路中的电流减大，R2两端电压变大，
所以信号处理系统每获得一次高电压就计数一次，故C错。D正确
故选：BD。
（多选）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3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，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1400N
B．该秤能测量的最大体重是1300N
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0.400A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0.375A处
【答案】AD
【解答】解：A、B当电路中电流I＝3A时，电子秤测量的体重最大。由欧姆定律I得到R2Ω，代入R＝30﹣0.02F得到F＝1400N．故A正确，B错误。
C、D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I0.375A，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错误，D正确。
故选：AD。
（多选）16．如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103℃时，下列说法中正确的是（ ）
A．常温下感温磁体具有较强的磁性，能自动吸起永磁体，通电加热
B．当温度超过103℃时，感温磁体的磁性消失，弹簧推动杠杆断开触点
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮不会跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起
【答案】BD
【解答】解：A、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，按钮不再恢复到图示状态，电路接通，电饭锅加热，因此不会自动被吸引的，故A正确；
B、如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水沸腾后不会自动断电，当水烧干后，温度升高达到103℃时，感温铁氧体便失去了铁磁性会自动断电，故B正确；
C、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，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，切断电源，故C错误；
D、如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水在沸腾后温度为100℃，不会自动断电，故D正确；
故选：BD。
（多选）17．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，从而又可推出另一个物理量的值的变化，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用下列说法正确的是（ ）
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
【答案】ABC
【解答】解：A、图示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，可以用来测量角度，故A正确。
B、图示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，可以用来测量液面的高度，故B正确；
C、丙图是通过改变极板间的距离，改变电容器的，可以用来测量压力，故C正确；
D、可变电容器，通过改变电介质，改变电容，可以用来测量位移，不能测量速度，故D错误；
故选：ABC。
18．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图实线①所示．由于环境温度以及熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3，被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．PTC材料的电阻随温度变化的关系如图实线②所示．
根据图线分析：通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在 T6 ＜t＜ T7 范围之内．（填下标数字）
【答案】T6；T7
【解答】解：原处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快是由于：冷态时PCT电阻 很小，根据功率公式可知，电功率很大，故升温快；
在T6温度以下范围时，电阻较小，发热功率较大，由于温度较低，与环境温差小，故升温快；
在T7温度以上时，电阻较大，发热功率较小，由于温度较低，与环境温差大，故降温快；
故通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在T6＜t＜T7范围之内．
故答案为：T6，T7．
▉题型2 利用传感器制作简单的自动控制装置
【知识点的认识】
本知识点考查的是传感器的一些应用实验，如门窗防盗报警装置，光控开关等。
19．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），例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器的线路图．
（1）为了使温度过高时报警器响铃，c应接在 a 处（填a或b）．
（2）若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向 左 移动（填左或右）．
（3）如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片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，则造成工作电路不能正常工作的原因可能是 BC ．（填字母）
A．左边电源电压太高；B．线圈匝数太少；C．弹簧劲度系数太大．
【答案】a；左；BC
【解答】解：（1）根据图甲中曲线的趋势可以得出，电阻随温度的升高而减小，因此热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，为了使温度过高时发送报警信息，则热敏电阻阻值最小，开关c应该接在a处；
（2）若使报警的最低温度提高些电路中电阻增大，则滑动变阻R应将P点向左移动；
（3）在最低报警温度时不能报警，说明此时电路中产生的电流不能让竖直片与a接触，这可能由多种原因造成，如：①左边电源电压太低，电源提供的电流太小，导致磁铁的磁性太弱；②线圈的匝数太少，导致电磁铁的吸引力小于弹力；③弹簧的劲度系数太大，导致电磁铁的吸引力小于弹力；故A错误，BC正确；
故答案为：（1）a；（2）左；（3）BC．
20．小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1＝3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω．当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图象。
（1）由图乙可知，当环境温度为40℃时，热敏电阻阻值为 70 Ω。
（2）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将 减小 ，继电器的磁性将 增大 （均选填“增大”、“减小”或“不变”）。
（3）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱 B 相连。（均选填“A”或“B”）。
（4）图甲中线圈下端P的磁极是 S 极（选填“N”或“S”）。
（5）请计算说明，环境温度在 环境温度大于等于80℃ 范围内时，警铃报警。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）由图乙可知，当环境温度为40℃时，热敏电阻阻值R＝70Ω；
（2）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将减小，通过线圈的电流变大，磁性增强；
（3）当过热时，电阻减小，电流增大，吸合后要报警，则警铃的C接线柱要与B相连才发出警报；
（4）先弄清绕法，由右手螺旋定则可以判定图甲中线圈下端P的磁极是S极；
（5）由题意知：甲中继电器的供电电压U1＝3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω．当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。即：I，解得R≤30Ω结合图象可以看出t≥80℃。
故答案为：（1）70（酌情给范围） （2）减小 增大 （3）B （4）S （5）环境温度大于等于80℃时，警铃报警。
21．某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1＝3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω．当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图象。
（1）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱 B 相连，指示灯的接线柱D应与接线柱 A 相连（均选填“A”或“B”）。
（2）当环境温度升高时，热敏电阻阻值将 减小 ，继电器的磁性将 增大 （均选填“增大”、“减小”或“不变”），当环境温度达到 80 ℃时，警铃报警。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）由题中“当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响”，所以警铃的接线柱C应与接线柱B连，指示灯的接线柱D应与接线柱A相连；
（2）由图乙所示图象可知，温度升高时，热敏电阻阻值减小，根据欧姆定律，电路中电流就会增大，电磁铁的磁性就会增大；
当线圈中的电流大于等于：I＝50mA＝0.05A时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响，
此时控制电路的总电阻为：R总60Ω，
此时热敏电阻阻值为：R＝R总﹣R0＝60﹣30＝30Ω，
由图乙所示图象可知，此时温度为80℃；
故答案为：（1）B；A；（2）减小；增大；80。
22．传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻）、显示体重大小的仪表A（实质是理想的电流表）组成。压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，取g＝10m/s2．请回答：
压力F/N 0 250 500 750 1000 1250 1500 …
电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
（1）该秤零起点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘 1.6×10﹣2 A处。
（2）如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，则此人的体重是 50 kg。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）由压力传感器R的电阻与所受压力的关系如中表所示，可得：F＝0，R＝300Ω，由闭合电路欧姆定律：1.6×10﹣2 A
即该秤零起点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘 1.6×10﹣2A处
（2）由闭合电路欧姆定律：Ω
由表中数据得，F＝500N，由G＝mg，得m＝50kg
如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，则此人的体重是 50kg
故答案为 1.6×10﹣2 50第九章第三节 传感器的应用
题型1 常见传感器的工作原理及应用 题型2 利用传感器制作简单的自动控制装置
▉题型1 常见传感器的工作原理及应用
【知识点的认识】
传感器的工作原理
1．概念：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置，叫传感器．
2．组成：一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成．
3．原理：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量．例如，光电传感器利用光敏电阻将光信号转换成电信号；热电传感器利用热敏电阻将温度信号转换成电信号．
4．流程：
5．类别：最简单的传感器由一个敏感元件（兼转换器）组成，它感受被测量时，直接输出电学量，如热电偶．有的传感器由敏感元件和转换器件组成，设有转换电路，如光电池、光电管等；有的传感器，转换电路不止一个，要经过若干次转换．
6．传感器的分类：目前对传感器尚无一个统一的分类方法，常用的分类方法有两个：
（1）按输入量分类，如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时，相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器．
（2）按传感器的工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等．
7．传感器的元件：制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等．
1．演示位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属杆P，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是（ ）
A．物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C．物体M不动时，电路中没有电流
D．物体M不动时，电压表没有示数
2．关于传感器，下列说法正确的是（ ）
A．所有传感器都是由半导体材料制成的
B．传感器一定是把非电学量转换为电学量
C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地测量、传输、处理和控制
D．干簧管是通过磁铁靠近产生电磁感应实现自动控制的
3．街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的（ ）
A．压敏性 B．光敏性
C．热敏性 D．三特性都利用了
4．如图是一火警报警电路的示意图．其中R3为用某种材料制成的传感器，这种材料的电阻率随温度的升高而增大．值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器．当传感器R3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（ ）
A．I变大，U变小 B．I变小，U变大
C．I变大，U变大 D．I变小，U变小
5．如图甲（a）所示的电路中，光敏电阻R2加上图（b）所示的光照时，R2两端的电压变化规律是图乙中的（ ）
A． B．
C． D．
6．如图所示是一火警报警器的电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小．电流表为值班室的显示器，电源两极之间接一报警器，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（ ）
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
7．传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示为测定压力的电容式传感器，将电容器、零刻度在中间的灵敏电流计和电源串联成闭合回路．当压力F作用于可动膜片电极上时膜片产生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转．从对膜片施加压力（压力缓慢增至某一定值）开始到膜片稳定，灵敏电流计指针的偏转情况为（已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏）（ ）
A．向左偏到某一刻度后回到零刻度
B．向右偏到某一刻度后回到零刻度
C．向右偏到某一刻度后不动
D．向左偏到某一刻度后不动
8．图甲为斯密特触发器，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值（1.6V）时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平（0.25V），而当输入端A的电压下降到另一个值的时候（0.8V），Y会从低电平跳到高电平（3.4V）．图乙为一光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻．关于斯密特触发器和光控电路的下列说法中正确的是（ ）
A．斯密特触发器是具有特殊功能的与门电路
B．斯密特触发器的作用是将模拟信号转换为数字信号
C．调节R1和R2的阻值都不影响光线对二极管发光的控制
D．要使二极管在天更暗时才会点亮，应该调小R1
9．图1是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化，若Q随时间t的变化关系为Q（a、b为大于零的常数），其图象图2所示，那么图3、图4中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是（ ）
A．①和③ B．①和④ C．②和③ D．②和④
（多选）10．如图甲是录音机的录音电路原理图，乙是研究自感现象的实验电路图，丙是光电传感的火灾报警器的部分电路图，丁是电容式话筒的电路原理图，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中录音机录音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
B．乙图电路开关断开瞬间，灯泡不会立即熄灭
C．丙图电路中，当有烟雾进入罩内时，光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射，表现出电阻的变化
D．丁图电路中，声波的振动会在电路中产生恒定的电流
（多选）11．关于传感器的作用，下列说法中正确的有（ ）
A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以用来采集信息
C．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量
D．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量
（多选）12．工业生产中需要物料配比的地方常用“吊斗式”电子秤，图甲所示的是“吊斗式”电子秤的结构图，其中实现称质量的关键性元件是拉力传感器．拉力传感器的内部电路如图丙所示，R1、R2、R3是定值电阻，R1＝20kΩ，R2＝10kΩ，R0是对拉力敏感的应变片电阻，其电阻值随拉力变化的图象如图乙所示，已知料斗重1×103N，没装料时Uba＝0，g取10m/s2．下列说法中正确的是（ ）
A．R3阻值为40kΩ
B．装料时，R0的阻值逐渐变大，Uba的值逐渐变小
C．拉力越大应变片电阻阻值也变大，Uba传感器的示数也变大
D．应变片作用是把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量
（多选）13．如图是温度报警器电路示意图，下列关于对此电路的分析正确的是（ ）
A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
（多选）14．计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息．光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，其中R1为光敏电阻，R2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R1时，处理系统获得低电压
B．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
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
（多选）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3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，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1400N
B．该秤能测量的最大体重是1300N
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0.400A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0.375A处
（多选）16．如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103℃时，下列说法中正确的是（ ）
A．常温下感温磁体具有较强的磁性，能自动吸起永磁体，通电加热
B．当温度超过103℃时，感温磁体的磁性消失，弹簧推动杠杆断开触点
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮不会跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起
（多选）17．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，从而又可推出另一个物理量的值的变化，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用下列说法正确的是（ ）
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
18．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图实线①所示．由于环境温度以及熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3，被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．PTC材料的电阻随温度变化的关系如图实线②所示．
根据图线分析：通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在 ＜t＜ 范围之内．（填下标数字）
▉题型2 利用传感器制作简单的自动控制装置
【知识点的认识】
本知识点考查的是传感器的一些应用实验，如门窗防盗报警装置，光控开关等。
19．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），例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器的线路图．
（1）为了使温度过高时报警器响铃，c应接在 处（填a或b）．
（2）若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向 移动（填左或右）．
（3）如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片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，则造成工作电路不能正常工作的原因可能是 ．（填字母）
A．左边电源电压太高；B．线圈匝数太少；C．弹簧劲度系数太大．
20．小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1＝3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω．当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图象。
（1）由图乙可知，当环境温度为40℃时，热敏电阻阻值为 Ω。
（2）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将 ，继电器的磁性将 （均选填“增大”、“减小”或“不变”）。
（3）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱 相连。（均选填“A”或“B”）。
（4）图甲中线圈下端P的磁极是 极（选填“N”或“S”）。
（5）请计算说明，环境温度在 范围内时，警铃报警。
21．某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1＝3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω．当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图象。
（1）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱 相连，指示灯的接线柱D应与接线柱 相连（均选填“A”或“B”）。
（2）当环境温度升高时，热敏电阻阻值将 ，继电器的磁性将 （均选填“增大”、“减小”或“不变”），当环境温度达到 ℃时，警铃报警。
22．传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻）、显示体重大小的仪表A（实质是理想的电流表）组成。压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，取g＝10m/s2．请回答：
压力F/N 0 250 500 750 1000 1250 1500 …
电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
（1）该秤零起点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘 A处。
（2）如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，则此人的体重是 kg。
