第3节 实验：传感器的应用
1．如图所示为小型电磁继电器的构造示意图，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，其工作方式是( )
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
解析：选A 由图可知A、B是电磁继电器线圈，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分离，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，故A正确．
2.(多选)如图所示的光控电路用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻．“”是具有特殊功能的非门，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平，而当输入端A的电压下降到另一个值时，输出端Y会从低电平跳到高电平．要求在天暗时路灯(发光二极管)会被点亮，下列说法中正确的是( )
A．天暗时，Y处于高电平
B．天暗时，Y处于低电平
C．当R1调大时，A端的电势降低，灯(发光二极管)点亮
D．当R1调大时，A端的电势降低，灯(发光二极管)熄灭
解析：选BD 天暗时，RG电阻值大，A端为高电平，所以输出端Y为低电平，发光二极管导通，选项B正确，A错误；将R1调大时，A端电势降低，当降到某一值时，输出端变为高电平，灯(发光二极管)熄灭，选项D正确，C错误．
3．设计一个白天自动关灯、黑夜自动开灯的装置，可供选择的仪器：光敏电阻、继电器、电池、交流电源、开关、导线和灯泡等．
(1)如图所示已画好部分电路，请补画完原理电路图．
(2)(多选)在以下原理电路工作时，说法正确的是( )
A．光敏电阻受到光照，电阻变小继电器工作
B．光敏电阻受到光照，电阻变小继电器不工作
C．继电器工作时，照明电路闭合，电灯亮
D．继电器不工作时，照明电路闭合，电灯亮
解析：(1)如图所示．
(2)有光照时，光敏电阻阻值变小，电路电流变大，线圈磁性增强，将G处动触片吸过来，G与H断开，照明电路停止工作；无光照射时，光敏电阻阻值增大，电路电流减小，线圈磁性减弱，G与H接触灯亮．
答案：(1)见解析图 (2)AD
4．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＝3 V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30 Ω.当线圈中的电流大于等于50 mA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.当环境温度升高时，热敏电阻阻值将________，继电器的磁性将________(均填“增大”“减小”或“不变”)．
(2)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(均填“A”或“B”)．
(3)图甲中线圈下端P的磁极是________(填“N”或“S”)极．
(4)请计算说明，环境温度在什么范围内时，警铃报警．
解析：(1)分析乙图可知，热敏电阻40 ℃对应的阻值为70 Ω.温度升高时，热敏电阻阻值减小，根据欧姆定律可知，电路中电流增大，电磁铁的磁性增大．
(2)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．
(3)分析电流的流向，根据安培定则可得到线圈的下端P的极性是S极．
(4)当线圈中的电流I＝50 mA＝0.05 A时，继电器的衔铁将被吸合，警铃报警．控制电路的总电阻为R总＝＝ Ω＝60 Ω.热敏电阻为R＝R总－R0＝60 Ω－30 Ω＝30 Ω，由图乙可知，此时t＝80 ℃，即当温度t≥80 ℃时，警铃报警．
答案：(1)70 减小 增大 (2)B A (3)S (4)环境温度大于等于80 ℃时，警铃报警．
5．(2017·江苏卷)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示.
t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
Rt/Ω
199.5
145.4
108.1
81.8
62.9
49.1
(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干．
为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(填“R1”或“R2”)．
(2)实验发现电路不工作．某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至________(填“A”“B”“C”或“D”)．
(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查．在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(填“偏转”或“不偏转”)．
(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________．(填写各步骤前的序号)
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω
解析：(1)如果电源用E1，则在t＝30 ℃时电路中的最大电流Im＝ A≈13.67 mA＜15 mA，故不能实现对此温度的控制，因此电源应选用E2；为了在t＝80 ℃时实现对温度的控制，设滑动变阻器阻值的最大值至少为R′，则＝0.015 A，解得R＝330.9 Ω，因此滑动变阻器应选用R2.(2)要用多用电表的直流电压挡检测故障，应将选择开关旋至C.(3)如果只有b、c间断路，说明b点与电源的负极间没有形成通路，a、b间的电压为零，表笔接在a、b间时，指针不偏转；c点与电源的负极间形成通路，a与电源的正极相通，a、c间有电压，因此两表笔接入a、c间时指针发生偏转．(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，应先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，并将阻值调至108.1 Ω，合上开关，调节滑动变阻器的阻值，直至观察到继电器的衔铁被吸合，这时断开开关，将电阻箱从电路中移除，将热敏电阻接入电路，因此操作步骤的正确顺序是⑤④②③①.
答案：(1)E2 R2 (2)C (3)不偏转 偏转
(4)⑤④②③①
6．某市科技园区采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA.
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．
光敏电阻R1，符号
灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号
保护电阻R2，符号
电磁开关，符号
蓄电池E，电压36 V，内阻很小；开关S，导线若干．
(2)回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________V，保护电阻R2的阻值范围是________Ω.
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子．
解析：(1)解析过程略．
(2)①Um＝ImR＝100×10－3×200 V＝20 V；E＝I(R2＋R)，其中50 mA＜I≤100 mA，故R2在160～520 Ω之间．②解析见答案．
答案：(1)电路原理图如图所示
(2)①20 160～520
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开．
③电磁起重机．
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