(共30张PPT)
第3节 实验：传感器的应用
一、实验目的
1．了解光控开关和温度报警器的工作原理。
2．练习用传感器制作自动控制设备。
二、实验原理
1．光控开关电路分析
(1)电路如图6－3－1所示
图6－3－1
(2)斯密特触发器
实质是一个具有特殊功能的非门，当A端电势高于1.6 V时，Y端会输出0.25 V的低电势，当A端电势低于0.8 V时，Y端会输出3.4 V的高电势。
(3)电路分析
①电磁继电器的工作原理
由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭另外的供电电路。如图6－3－2所示，图中虚线框内即为电磁继电器J，D为动触点，E为静触点。当线圈A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与静触点E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧作用下被拉起，动触点D与静触点E分离，自动切断工作电路。
图6－3－2
②控制电路的原理
天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A中不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭。
2．温度报警器电路分析
电路如图6－3－3所示。常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值(高电平)，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，R1的阻值不同，则报警温度不同。
图6－3－3
三、实验器材
1．光控开关实验：斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V,0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值51 kΩ、电阻R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸。
2．温度报警器实验：斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1 kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)。
四、实验步骤
1．光控开关实验步骤
(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。
(2)检查各元件的连接，确保无误。
(3)接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。
(4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态。
(5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态。
2．温度报警器实验步骤
(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。
(2)检查各元件的连接，确保无误。
(3)接通电源，调节电阻R1，使蜂鸣器常温下不发声。
(4)用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声。
(5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声。
[注意事项]
1．光控开关实验
(1)安装前对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。
(2)二极管连入电路时，极性不能反接，否则继电器不能正常工作。
(3)要想天暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些。
2．温度报警器实验
(1)安装前对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。
(2)要使热敏电阻在较低的温度时报警应增大R1的阻值。
[例 1] 如图6－3－4所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理。
考点一 光控开关的应用
图6－3－4
[解析] 天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通。
天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启。
天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭。
[答案] 见解析
点拨提升 斯密特触发器是具有特殊功能的非门，它可以将连续变化的输入信号变成突变的输出信号。光控开关的敏感元件是光敏电阻，光照越强，其电阻阻值越小。
1．一路灯控制装置如图6－3－5所示，RG为光敏电阻，光照射RG时，RG变小。白天时，继电器J两端电压是较大还是较小？要使路灯比平时早一些亮起来，应如何调节R1?
［变式训练］
图6－3－5
答案 较小 调节R1使其变小
[例 2] 如图6－3－6所示，图甲为热敏电阻的R?t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为150 Ω。当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝6 V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
考点二 温度报警器电路分析
图6－3－6
(1)应该把恒温箱内的加热器接在________端(选填“AB”或“CD”)；
(2)如果要使恒温箱内的温度保持100 ℃，可变电阻R′的值应调节为________ Ω。
[答案] (1)AB (2)100
2．现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。如图6－3－7所示，试设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程。
［变式训练］
图6－3－7
解析 电路图如图所示：
工作过程：闭合S，当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通电炉丝加热，当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热。当温度低于设计值，又重复前述过程。
答案 见解析
规律总结
设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行
1．根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路。
控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成。这两个电路相互独立，又通过电磁继电器相关联，电磁继电器实际上是工作电路的开关。
2．分析自控电路的合理性
电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。例如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯发光。
(共44张PPT)
第1节 传感器及其工作原理
[学习目标]
1.知道什么是传感器，理解非电学量转化成电学量的意义。
2．通过实验理解敏感元件的工作原理。
3．了解传感器在生活中的应用。
一、什么是传感器
1．定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等________，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等______)，或转换为电路的_____的元件。
物理量
电学量
通断
2．非电学量转换为电学量的意义：把___________转换为电学量，可以方便地进行_______、传输、处理和_______。
二、光敏电阻、热敏电阻和金属热电阻
1．光敏电阻
(1)原理：无光照时，______________极少，导电性能______；随着__________的增强，载流子_____，导电性变好。
(2)作用：把___________________这个光学量转换为_______这个电学量。
非电学量
测量
控制
载流子
不好
光照
增多
光照强度
电阻
2．金属热电阻：金属的电阻率随着温度的升高而______。用金属丝制作温度传感器，称为_________。
3．热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力_______，因此可以用半导体材料制作热敏电阻。
增大
热电阻
增强
正
3．作用：把____________________这个磁学量转换为______这个电学量。
磁感应强度
电压
判断下列说法的正误。
1．有光照射时，光敏电阻的阻值变大。( )
2．热敏电阻在温度升高时阻值变小。( )
3．金属热电阻在温度升高时阻值变小。( )
4．霍尔元件一共有两个电极，电压这个电学量就通过这两个电极输出。( )
［自主思考］
×
√
×
×
5．霍尔电压与组成霍尔元件的材料无关。( )
6．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。( )
×
√
1．传感器的原理：传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再传送给控制系统产生各种控制动作。
考点一 对传感器的认识
2．传感器的组成和工作流程
(1)传感器的组成
①敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。
②转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。
③转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等。
[例 题] 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6－1－1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。
图6－1－1
压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示。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4.8 V，g取10 m/s2。请回答：
压力F/N 0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 …
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20 mA，则这个人的体重是________kg。
[思路引导]
(1)压敏电阻的阻值随压力如何变化。
(2)电流表的示数与压力有何关系。
[答案] (1)1.6×10－2 (2)50
规律总结
在分析传感器时要明确
1．核心元件是什么；
2．是怎样将非电学量转化为电学量的；
3．是如何显示或控制开关的。
如图6－1－2是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。
［变式训练］
图6－1－2
其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况。
(1)你认为电压表应该接在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)。
(2)将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？
解析 (1)由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化。当油量减少时，R的数值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小。当把电压表接在c、d两点间，电压表的示数减小时，表示油量在减少。
(2)①把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小油量减少时，R增大，电压表的示数增大。
②把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小。
答案 (1)c、d 减小 (2)见解析
1．光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因对比
考点二 常见的传感器
元件 特性 原因
光敏
电阻 光照越强，
电阻越小 光照增强，载流子增多，电阻减小
金属热电阻 温度越高，
电阻越大 温度升高，金属电阻率增大，电阻增大
热敏
电阻 负温度系
数的热敏
电阻 温度越高，
电阻越小 温度升高，载流子增多，电阻减小
正温度系
数的热敏
电阻 温度越高，
电阻越大 温度升高，载流子减少，电阻增大
霍尔元件 在电流不变的情况下，霍尔电压与磁感应强度成正比 载流子在洛伦兹力作用下，在与电流垂直方向聚集，形成霍尔电压
特别提醒 按热敏电阻随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻，正温度系数的热敏电阻随温度升高，电阻增大，负温度系数的热敏电阻随温度升高电阻减小。
3．电容式传感器的原理及用途
(1)原理：电容器的电容C取决于极板正对面积S，极板间距离d及极板间电介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移s、深度h等)的变化能引起上述某一因素的变化，从而引起电容的变化，那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化。
(2)用途
图6－1－3
图6－1－3(1)是用来测定角度θ的电容式传感器，当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况。
图(2)是测定液面高度h的电容式传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化。知道C的变化，就可以知道h的变化情况。
图(3)是测定压力F的电容式传感器，待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况。
图(4)是测定位移x的电容式传感器，随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况。
[题组突破]
1．(多选)(2018·苏州中学高二检测)如图6－1－4所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时
图6－1－4
A．电压表的示数增大
B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大
解析 光的强度是被测量，光敏电阻R3为光敏感元件，同时也是转换器件，当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误，由路端电压减小，而R1两端电压增大，可知R2两端电压必减小，则R2中电流减小，B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确，故选ABC。
答案 ABC
2．如图6－1－5所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图，现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是(设水对电阻阻值的影响不计)
图6－1－5
A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显
B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
C．如果R为用半导体材料制成的热敏电阻，读数变化非常明显
D．如果R为用半导体材料制成的热敏电阻，读数变化不明显
解析 金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，但灵敏度较差，而热敏电阻的阻值随温度的升高电阻减小，且灵敏度高，故选项C正确。
答案 C
3．如图6－1－6所示，一段长方体形导电材料，左右两端面的边长都为a和b，内有带电量为q的某种自由运动电荷。导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度大小为B。当通以从左到导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部右的稳恒电流I时，测得导电材料上、下表面之间的电压为U，且上表面的电势比下表面的低，由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为
图6－1－6
答案 C
4．(多选)传感器是一种采集信息的重要器件，如图6－1－7所示，是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路，那么
图6－1－7
A．当F向上压膜片电极时，电容将减小
B．当F向上压膜片电极时，电容将增大
C．若电流计有示数，则压力F发生变化
D．若电流计有示数，则压力F不发生变化
解析 向上压膜片电极时，距离d减小，电容增大，A错误、B正确；当电流计有示数时，表示电容器的电荷量发生变化，根据公式Q＝CU，即电容发生变化，压力F发生变化，C正确、D错误。
答案 BC
(共37张PPT)
第2节 传感器的应用
[学习目标]
1.了解传感器在日常生活和生产中的应用。
2．了解传感器应用的一般模拟。
3．会设计简单的有关传感器应用的控制电路，提高分析解决问题的能力。
一、传感器应用的一般模式
二、传感器的应用实例
1．力传感器的应用——电子秤
常用的一种力传感器是由_________和_______组成的，应变片能够把物体______这个力学量转换为______这个电学量。
2．温度传感器的应用——电熨斗、电饭锅
(1)电熨斗装有__________________传感器，这种传感器的作用是控制电路的______。
金属梁
应变片
形变
电压
双金属片温度
通断
(2)电饭锅中也应用了温度传感器，它的主要元件是_________________其常温下具有_________，能够被磁体吸引，但是温度上升到约________时，就失去了______，不能被磁体吸引，这个温度称为该材料的“居里温度”或“居里点”。
感温铁氧体
铁磁性
103 ℃
铁磁性
3．光传感器的应用——火灾报警器
烟雾散射式火灾报警器是利用烟雾对_____的散射来工作的。敏感元件为_______________。
光
光电三极管
判断下列说法的正误。
1．通常的传感器可以直接用来进行自动控制。( )
2．传感器可以用来采集信息。( )
3．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量。( )
［自主思考］
×
√
√
4．力传感器中金属梁是敏感元件。( )
5．感温铁氧体的温度上升到“居里温度”时，就会失去铁磁性。( )
6．光电三极管在受到光照时呈高电阻状态。( )
×
√
×
1．传感器问题的分析思路
物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：
考点一 传感器的应用分析
(1)信息采集。
(2)信息加工、放大、传输。
(3)利用所获得的信息执行某种操作。
2．分析传感器问题要注意四点
(1)感受量分析
要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等。
(2)输出信号分析
明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。
(3)电路结构分析
认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。
(4)执行机构工作分析
传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程及包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。
[例 1] (2018·宜春高二检测)车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的，为了防止万一，设计了下面的光电自动控制安全电路，只要人手不小心靠近了工件，机器就自动停转。图中6－2－1的A为车床上的电动机；B为随电动机高速转动的工件；C为光源，它发出的光照在光敏电阻D上；E为电磁铁；F为衔铁；G为电源；H为弹簧。请简述其工作原理：当手在C、D间靠近工件时，遮挡住射向光敏电阻的光。光敏电阻的阻值________，电路中的电流________，使电磁铁磁性________从而放开衔铁，造成电动机断路，使工件停转以保证安全。
图6－2－1
[思路引导]
(1)射向光敏电阻的光被挡住时，光敏电阻上光照减少，电阻值如何变化？
(2)电磁铁线圈中电流大小与电磁铁的磁性大小有何关系？
[解析] 当手在C、D间靠近工件时，遮挡住光线，光敏电阻阻值增大，电路中的电流减小，使电磁铁的磁性减弱，从而放开衔铁，使电路自动断开。
[答案] 增大 减小 减弱
1．(2018·北京高二检测)(多选)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
［变式训练］
图6－2－2
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
解析 电流表的示数变为2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D正确，A、C错误。
答案 BD
1．电子秤的工作原理
如图6－2－3所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面的电阻变小。F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。外力越大，输出的电压差值也就越大，由电压差值的大小，即可得到外力F的大小。
考点二 传感器的应用实例
图6－2－3
2．电熨斗的应用
(1)温度传感器：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它可以把热信号转换为电信号进行自动控制。
(2)电熨斗的自动控温原理：其内部装有双金属片温度传感器，如图6－2－4所示：
图6－2－4
常温下，上下触点应是接触的。但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，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。
3．电饭锅的工作原理
图6－2－5
(1)结构：如图6－2－5所示，它的主要元件感温铁氧体；是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的。它的特点是：常温下具有磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103 ℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。
(2)工作原理：电饭锅工作时，按下开关按钮，感温磁体与永磁体接触，两个接线螺钉通过触点相连，电路接通，开始工作，电饭锅内温度升高，当达到103 ℃时，感温磁体与磁体分离，带动触点分离，电路断开，不再加热，电饭锅停止工作。
4．火灾报警器的工作原理
如图6－2－6所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器，其工作原理是：
图6－2－6
带孔的罩子内装有发光二极管LED。光电三极管和不透明的挡板。平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
[例 2] 如图6－2－7所示，甲为在温度为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，a、b端电压Uab≤0时，电压鉴别器会令开关S接触，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab>0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在
图6－2－7
A．10 ℃
B．20 ℃
C．30 ℃
D．40 ℃
[答案] C
2．气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出，如图6－2－8所示，B为将可燃气体或有毒气体(CO，CH4)浓度转换成电信号的传感器，简称电子鼻，根据如图所示的材料，电源电压U＝220 V、排风扇M、继电器G、电池组A、控制开关S，请设计一个家用自动排烟电路，在图中完成连线。
［变式训练］
图6－2－8
解析 电磁继电器起开关作用，所以电池组A、开关S、电子鼻B和电磁继电器(电磁铁部分)应组成一个电路，另一个是由排风扇和高压电源组成的电路。
答案 如图所示
［课堂回顾 知识小结］
(共30张PPT)
章末专题归纳
非电学量
电学量
通断
温度
光
力
声
1．传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如框图所示：
专题一 传感器的工作原理及常用敏感元件
2．常见敏感元件及特性
(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大。
(2)热敏电阻和金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大，热敏电阻有正温度系数电阻、负温度系数电阻两种。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。
3．传感器应用的一般模式为
[例 1] 一热敏电阻阻值随温度变化的图像如图6－1甲所示，请应用这一热敏电阻自行设计一控制电路。当温度高于某一值后红色指示灯亮。而温度低于这一值时绿色指示灯亮。
图6－1
给你的器材有；如图6－1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、开关两个、导线若干等。
[思路引导] 热敏电阻在温度较高时阻值较小，此时与之串接的电路电流较大。只有流过继电器的电流增大到恰当值，才会使继电器工作使c、d闭合。
[解析] 由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，设计的控制电路如下图所示。当温度低于这一值时，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。当温度高于这一值时，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。滑动变阻器作限流式连接，通过调节满足热敏电阻对某一温度的控制。
[答案] 设计的控制电路如下图所示：
方法总结
滑动变阻器在电路中作限流式连接，若增大滑动变阻器的值，则控制的温度值增大；若减小滑动变阻器的值，则控制的温度值减小。
1．如图6－2所示，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
［变式训练］
图6－2
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
传感器问题具有涉及知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，原理较难理解，搞清传感器的工作原理是求解问题的关键。
1．感受量分析
要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等。
专题二 分析传感器工作原理的思路和方法
2．输出信号分析
明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。
3．电路结构分析
认真分析传感器所在电路的结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。
几种传感器与其相联系的物理知识
传感器种类 敏感元件 与之相联系的物理知识
光电传感器 光敏电阻 直流电路动态分析
温度传感器 热敏电阻 直流电路问题
力传感器 压敏电阻等 力学、运动学与直流电路
电容传感器 电容器 力、运动与含容电路
[例 2] 如图6－3为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I－U关系曲线图。
图6－3
(1)为了通过测量得到如图6－3所示I－U关系的完整曲线，在图6－4甲和图6－4乙两个电路中应选择的是图____________________________________________；简要说明理由：_______________________________。
(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)
图6－4
(2)在如图6－5所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω。由热敏电阻的I－U 关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________________________________________________________________________ V；
电阻R2的阻值为________ Ω。
图6－5
(3)举出一个应用热敏电阻的例子。
[思路引导]
(1)为得到I－U关系的完整曲线、滑动变阻器应接成分压式电路；
(2)应根据串并联电路特点和I－U图像求电压和电阻。
[答案] (1)甲 因为甲电路电压可从0 V调到所需电压，电压调节范围大
(2)5.0 117.6
(3)恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等(任选一例)
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)，例如热敏传感器，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6－6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：
［变式训练］
图6－6
(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________(选填“左”或“右”)移动。
(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，则造成工作电路不能工作的原因可能是___________________________
______________________________________________
解析 (1)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。
(2)为使启动报警的温度提高，则应使电路中电阻更大，这样使报警温度提高，滑动变阻器的滑片应左移。
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
