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基础课时28传感器的工作原理及应用[知识梳理]知识点一、传感器及其工作原理1.概念传感器是能够将感受到的物理量(力、热、光、声等非电学量)，转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件。2.工作原理其工作过程是利用某一元件对某一物理量敏感，按一定规律将这一物理量转换成便于利用的信号，从而方便检测或自动化控制。知识点二、传感器元件及常用实例1.传感器元件2.常用实例常用实例力传感器的应用——电子秤声传感器的应用——话筒温度传感器的应用电熨斗电饭锅测温仪光传感器的应用鼠标火灾报警器1.关于传感器的下列说法正确的是()A.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的B.金属材料也可以制成传感器C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D.以上说法都不正确解析半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以选项A错误，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以选项C错误。答案B[诊断自测]2.(多选)下列说法正确的是()A.传感器担负着信息采集的任务B.传感器是把非电信号转换为电信号的主要工具C.霍尔元件把光学量转化为电学量D.以上说法都不正确解析传感器担负着信息采集的任务，是把非电信号转换为电信号，故选项A、B正确，D错误；霍尔元件把磁学量转化为电学量，故选项C错误。答案AB3.(多选)如图1所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103℃，下列说法中正确的是()图1A.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，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会自动跳起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解析常温下感温磁体的磁性较强，当按下开关按钮，永磁体与感温磁体相互吸引而接通电路，而感温磁体的居里温度是103℃，常压下只要锅内有水，锅内温度就不可能达到103℃，开关就不会自动断开，饭熟后，水分被吸收，锅底温度就会达到103℃，感温磁体磁性消失，在弹簧的作用下开关自动跳起。综上所述选项A、C、D正确，B错误。答案ACD4.(多选)如图2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2A.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，干路电流增大，R1两端电压增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，选项A正确，选项D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，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，选项B、C正确。答案ABC考点一温度传感器的应用【例1】一些材料的电阻随温度的升高而变化。如图3甲是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，若用该电阻与电池(电动势E＝1.5V，内阻不计)、电流表(量程为5mA，内阻不计)、电阻箱R′串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”。(1)电流刻度较大处对应的温度刻度；(选填“较大”或“较小”)(2)若电阻箱阻值R′＝150Ω，当电流为5mA时对应的温度数值为℃。图3解析(1)由题图甲可知，温度升高，电阻阻值增大，电路中电流减小，因此电流刻度较大处对应的温度刻度较小。(2)电流为5mA时，电路总电阻为300Ω，电阻箱阻值R′＝150Ω，则R＝150Ω，由题图甲得对应的温度为50℃。答案(1)较小(2)50【变式训练】1.利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高。(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变(填“大”或“小”)。(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20℃(如图4甲所示)，则25℃的刻度应在20℃的刻度的(填“左”或“右”)侧。(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。图4解析(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大。故电路中电流会减小。(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25℃的刻度应对应较大电流，故在20℃的刻度的右侧。(3)如图所示。答案(1)小(2)右(3)见解析考点二光电传感器的应用【例2】(多选)如图5所示为光敏电阻自动计数器的示意图，图中虚线表示激光，圆柱体表示随传送带运动的货物，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()图5A.当光照射R1时，信号处理系统获得高电压B.当光照射R1时，信号处理系统获得低电压C.信号处理系统每获一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获一次高电压就计数一次解析激光是照在光敏电阻R1上，信号处理系统与R1并联，其电压就是R1上的电压，当货物挡光时R1阻值大，电压高，货物挡光一次，就计数(货物的个数)一次，故B、D正确。答案BD【变式训练】2.(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图6甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下列说法正确的是()图6A.传送带运动的速度是0.1m/sB.传送带运动的速度是0.2m/sC.该传送带每小时输送3600个工件D.该传送带每小时输送7200个工件解析从乙图可以知道：每间隔1秒的时间光传感器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带运动的速度是v＝0.21m/s＝0.2m/s。故A错误，B正确；传送带每小时传送的距离为x＝vt＝0.2×3600m，工件个数为n＝xL＝3600个，C正确，D错误。答案BC1.利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图7甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U－I关系图线。图7(1)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100Ω)、电动势为6V的电源(不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。(2)如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3A，电源电动势为3V。则此时小灯泡的电功率为W，电源的内阻为Ω。答案(1)A实验电路图如图所示(2)0.69(0.66～0.72均可)2.33(2.00～2.67均可)2.如图8所示，图甲为热敏电阻的R－t图象，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，继电器的电阻为100Ω。当线圈的电流大于或等于20mA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＝9.0V，内阻不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。图8(1)应该把恒温箱内的加热器接在(填“A、B”或“C、D端”)。(2)如果要使恒温箱内的温度保持在50℃，可变电阻R′的阻值应调节为Ω。解析(1)恒温箱内的加热器应接在A、B端。当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高。随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，则恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低。随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于20mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度。(2)要使恒温箱内的温度保持在50℃，即50℃时线圈内的电流为20mA。由闭合电路欧姆定律I＝Er＋R＋R′，r为继电器的电阻。由题图可知，50℃时热敏电阻的阻值为90Ω，所以R′＝EI－(r＋R)＝260Ω。答案(1)A、B端(2)2603.(2015·河南郑州模拟)如图9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9(1)为了通过测量得到如图9所示I－U关系的完整曲线，在图10甲和乙两个电路中应选择的是图；简要说明理由：。(电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100Ω)图10(2)在如图11所示电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω。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11解析(1)应选择图甲，因为图甲电路电压可从0V调到所需电压，电压调节范围大。(2)由题图知R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9V电源上，总电流I＝70mA，R1＝250Ω。设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝(70－9250×103)mA＝34mA。由图象查得34mA对应的电压为5.0V，R2两端电压U2＝9V－5.0V＝4.0V，所以R2＝4.0V34×10－3A＝117.6Ω。答案(1)甲因为甲电路电压可从0V调到所需电压，电压调节范围大(2)5.0117.6