第三节 传感器的应用
第四节 用传感器制作自控装置
1．随着家用电器的普及，传感器进入了千家万户．温度传感器应用在电饭煲、________、________、________、消毒碗柜等与温度控制相关的家电中；红外线传感器应用在________、______________、生命探测仪、________________________以及防盗、防火报警器等；光敏传感器应用在__________中，压力传感器应用在__________中等．
2．传感器广泛应用于耕种、栽培、收割、运输、排灌等过程的自动控制，例如：无人管理的自动灌溉系统，用到了________传感器；自动化温室种植用到了________传感器；现代粮库利用________传感器和________传感器，可对粮库上百个点进行温度和湿度监测．
3．在工业生产中，由于传感器的大量使用，从而实现了生产的________或半________，大大减轻了工人的劳动强度，提高了产品的质量，降低了产品的成本，如工厂中的机器人、____________、____________、各种自动生产线或者系统，用到了各种传感器；生产的安全设施中，用传感器监控关键部位，随时发现____________；自动控制系统中的检测环节也是用传感器对被控对象进行____________．
4．在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多．例如：飞机能利用传感器给出所在高度与____________的差值．运载火箭，载人飞船中，应用了大量的传感器供遥测和____________系统使用，载人飞船中还使用了一类测量航天员各种生理状况的____________传感器．
5．下列器件是应用力传感器的是( )
A．鼠标器B．火灾报警器
C．测温仪D．电子秤
【概念规律练】
知识点一 温度传感器在电饭煲中的应用
1．(双选)关于电饭锅的说法正确的是( )
A．电饭锅中温度传感器的主要元件是氧化铁
B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性
C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电
D．用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位
2．如图1所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103℃)时会自动断开，S2是一个自动温控开关，当温度低于70℃时会自动闭合；温度高于80℃时会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，分流电阻R1＝R2＝500Ω，加热电阻丝R3＝50Ω，两灯电阻不计．
图1
(1)分析电饭煲的工作原理．
(2)简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？
(3)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比．
知识点二 双金属片——热敏功能器
3．日光灯的启动器(结构如图2所示)也可看成是一个热敏传感装置，它的热敏功能器是双金属片，你能说出启动器的工作原理吗？
图2
4．电熨斗在达到设定的温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它总与设定的温度相差不多．在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，进行这样的控制，靠的是温度传感器．电熨斗中装有双金属片温度传感器，这种双金属片的作用是控制电路的通断，如图3所示为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，请结合所学知识回答以下问题：
图3
(1)常温下，上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将起怎样的作用？
(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？
【方法技巧练】
设计传感器电路的技巧
5．自己设计一个以热敏电阻为传感器的简易自动报警器，当温度过高时，小灯泡亮或响铃报警．所用的实验器材可能有电磁继电器、电铃、小灯泡、热敏电阻、干电池、滑动变阻器、开关．
6．已知光敏电阻随入射光的增强，其电阻值减小，请利用图4所示器材设计一个路灯自动控制电路．
图4
1．(双选)关于干簧管，下列说法正确的是( )
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C．干簧管接入电路中相当于开关的作用
D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
2．如图5所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为θ′，则可判断( )
图5
A．θ′＝θB．θ′<θ
C．θ′>θD．不能确定θ和θ′的关系
3．某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈．P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱．电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求如图6所示．其工作方式是( )
图6
A．A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联
B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联
C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联
D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联
4．(双选)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图7甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中( )
图7
A．物体处于失重状态
B．物体处于超重状态
C．升降机一定向上做匀加速运动
D．升降机可能向下做匀减速运动
5．传感器是一种采集信息的重要器件，如图8所示的是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片的电极上时，以下说法中正确的是( )
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发生变化
⑤若电流表有示数，则说明压力F不发生变化
A．②④B．①④C．③⑤D．①⑤
图8 图9
6．演示位移传感器的工作原理如图9所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆P，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小x.假设电压表是理想电压表，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
题 号
1
2
3
4
5
6
答 案
7．如图10所示是电阻式温度计，一般是利用金属铂做的，已知铂丝的电阻随温度的变化情况，测出铂丝的电阻就可以知道其温度，这实际上是一个传感器，它是将__________转化为__________来进行测量的．
图10
8．说明下列各种场合分别选用的传感器
(1)普通电冰箱中的自动温度控制电路是__________．
(2)马路两侧的路灯控制电路是________．
(3)气垫导轨上用的光电门是________．
(4)楼梯灯控制电路是________．
(5)宾馆的自动门是________．
(6)话筒是________．
(7)非接触式体温计是________．
(8)遥控电视机的接收器是________．
第三节 传感器的应用
第四节 用传感器制作自控装置
答案
课前预习练
1．电冰箱 微波炉 空调机 自动门 家电遥控器 非接触红外测温仪 照相机 电子秤
2．湿度 温度 温度 湿度
3．自动化 自动化 自动化小车 自动机床 安全隐患 精确检测
4．给定高度 遥控 生理
5．D [鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于红外线传感器；火灾报警器中传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确．]
课堂探究练
1．BD [电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A选项错，B选项正确；因水开时温度约为100℃，达不到居里温度(103℃)，故不能自动断电，则选项C错；温控开关只能手动闭合，故D正确．]
2．(1)见解析 (2)不能 (3)12∶1
解析 (1)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，由于散热，待温度降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态．
(2)如果不闭合开关S1，则不能将饭煮熟，因为最高只能加热到80℃.
(3)加热时电饭煲消耗的电功率为P1＝，保温时电饭煲消耗的电功率P2＝，两式中R并＝＝Ω.从而有P1∶P2＝＝＝12∶1.
点评 (1)电饭煲的工作过程：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，则触点接通，电热板通电加热，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．
(2)如果用电饭煲烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不变，温度低于“居里点103℃”，电饭煲不能自动断电．只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电．因此，电饭煲用来烧水不能实现自动控温．
3．见解析
解析 日光灯启动器内有一双金属片，热膨胀系数不同．开关闭合后，启动器两极之间有电压使氖气放电而发出辉光，辉光发出的热量使U形动触片受热膨胀向外延伸，碰到静触片触点，电路接通；温度降低时，U形动触片向里收缩，离开触点，电路断开．
4．见解析
解析 (1)常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片上、下表面受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小．则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热；温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．
(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的位置，达到设定不同温度的目的．
点评 双金属片的膨胀系数不同，导致受热膨胀时，膨胀的长短不同，而使双金属片发生弯曲，以此来实现电路的通断．
5．实验电路如下图所示
解析 当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，通过电磁继电器螺线管的电流增大，磁性增强，吸下金属片，触点接通，灯泡亮或电铃响，起到报警作用．通过调节滑动变阻器的阻值，可以达到调节报警温度的目的．
6．见解析
解析 电路如图所示
控制过程是：当有光照射时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开，当无光照时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作．
方法总结 在分析和设计自动控制电路时，要透彻理解各个元件的特性，如光敏电阻、热敏电阻、电磁继电器、斯密特触发器等；在涉及门电路的电路图时，电流的通路并不能完整地呈现出来，所以不能用原来的电路知识来理解，而是要正确理清电路中的逻辑关系．
课后巩固练
1．CD [干簧管能感知磁场，是因为当两个舌簧所处位置的磁场方向相同时，就会吸引，所以是做开关来使用，当磁场靠近或远离的时候，就会实现闭合或断开．]
2．B [光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时，阻值越大，指针张角越小，所以选项B正确．]
3．A [A、B接电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用．故正确答案为A.]
4．BD [由乙图知电流强度变为原来的二倍，而加在压敏电阻两端的电压不变，说明压敏电阻的阻值减小，即物体对压敏电阻的压力增大，物体所受支持力大于重力，升降机匀加速上升或匀减速下降，处于超重状态，故选B、D.]
5．A [当F向上压膜片电极时，板间距离减小，电容器的电容将增大．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，电流计有示数时，压力F必发生变化．]
6．B [电压表为理想电表，则电压表不分流，故触头移动不会改变电路的总电阻，也就不会改变电路中的电流，故A项错误；电压表测的是触头P左侧电阻分得的电压，故示数随物体M的移动，亦即随触头的运动而变化，故B正确，C、D错误．]
7．温度 电阻
8．(1)温度传感器 (2)光传感器 (3)光传感器 (4)光传感器和声传感器 (5)红外线(光)传感器 (6)声传感器
(7)红外线(光)传感器 (8)红外线(光)传感器
课件23张PPT。
第三节 传感器的应用
第四节 用传感器制作自控装置第三章
传感器学习目标
1.了解传感器在生活和生产中的应用，尝试运用传感器的知识解释一些生活中的问题.
2.了解传感器应用的一般模式.
3.能设计简单的应用传感器的控制电路．内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
知识探究1一、传感器的应用日常生活中的传感器是一个大家族，也是我们的好朋友，假如没有这些传感器，将会给我们的生活带来诸多不便，请观察和思考一下，在生活中有哪些传感器？电冰箱、电熨斗、空调机中要用到温度传感器；自动门、家电遥控器、防盗报警器中要用到红外线传感器． 答案1.生活中的传感器
电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器，几乎都要用到 传感器；自动门、家电摇控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等，均使用了 传感器；另外还有照相机中的光敏传感器、家用便携式电子秤的 传感器等.
2.农业生产中的传感器
无人管理的自动灌溉系统利用了 传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的帮助下实现的；现代粮库采用了 传感器和 传感器.温度红外线压力湿度温度湿度3.工业生产中的传感器
生产安全中，如将一种埋入式 传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监测大桥或水坝的裂痕等安全隐患；在自动控制系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度 传感器(如光栅传感器)进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工.
4.飞向太空的传感器
在运载火箭、载人飞船中，应用传感器供 和 系统使用；对宇航员各种生理状况的测量有 传感器，如测量血压、心电图、体温等.光纤位移遥测遥控生理判断下列说法的正误.
(1)电子秤使用了压力传感器.( )
(2)在电梯门口放置障碍物，电梯门会不停地开关，这是由于电梯门上有红外线传感器.( )
(3)酒精浓度检测器，使用了温度传感器.( )√ ××二、用传感器制作自控装置城市里的路灯，能够在天暗时自动开启，而在天亮时，自动熄灭，你知道该自动控制电路中有什么传感器吗？光电传感器 答案课题：应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路图1实验器材
二极管VD、晶闸管VS、光敏电阻RG、电阻R(7.5 MΩ)、
灯泡L.
实验原理
由晶闸管VS与电灯L构成主回路，控制回路由____与______
组成的分压器及二极管VD构成，如图1所示.RRG (1)当白天自然光线较强时，光敏电阻呈 电阻，与R
分压后使晶闸管VS门电极处于低电平，VS .
(2)当夜幕降临时，照在RG上的自然光线减弱，RG呈高
阻，使VS的门电极处于高电平，VS获正向触发电压而
，灯L亮.
(3)改变R的阻值，即改变其与RG的分压比，可调整电路的起控点. 图1低关断导通判断下列说法的正误.
(1)随着科技的发展，传感器会应用在各行各业，生活的方方面面，可以完全取代人的作用.( )
(2)当路灯自动控制电路做好后，不能随意调整路灯点亮熄灭的起控点.( )
(3)路灯自动控制电路中的敏感元件是光敏电阻.( )√ ××
2题型探究传感器的应用实例分析传感器应注意的四个分析：
(1)检测量分析：要清楚传感器所检测的非电学量，如温度、光、声、力等.
(2)敏感元件分析：分析敏感元件的输入与输出信号，及输入与输出信号间的联系.
(3)电路分析：分析传感器所在的电路结构，分析输入信号变化对电路电流、电压等产生的影响.
(4)执行机构分析：分析非电学量与电学量之间的转换过程，分析根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程.例1 (多选)为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图2所示是原理图.轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计)，弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R0＝5 Ω，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25 Ω，电源输出电压恒为U＝3 V，理想电流表的量程为0～0.6 A.当拉环不受力时，滑片P处于a端.下列关于这个电路的说法正确的是(不计电源内阻)图2A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路
B.当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1 A
C.当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处
D.当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处答案解析√√√若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此A正确；
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，锅底的温度会达
到103 ℃，这时开关按钮会跳起
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例2 (多选)电饭锅的结构图如图3所示，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃时，下列说法中正确的是图3答案√√√
达标检测3A.严重污染时，LDR是高电阻
B.轻度污染时，LDR是高电阻
C.无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定
D.该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响1.(多选)如图4所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是√答案解析图4√12严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A对，B错；
LDR由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C错；
白天和晚上自然光的强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D对. 122.小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制.经检查，恒温箱的控制器没有故障.参照图5，下列对故障判断正确的是
A.只可能是热敏电阻出现故障
B.只可能是温度设定装置出现故障
C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D.可能是加热器出现故障 √图512答案解析12由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C正确，A、B错误.
若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D错误.
