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实验十六传感器的简单应用本节目录基础理论储备经典例题展示创新实验评析知能优化演练目录基础理论储备实验目的1．了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性．2．学会传感器的简单使用．实验原理传感器是能将所感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件．其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号．例如，光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号，热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号，转换后的信号经过电子电路的处理就可以达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的了．目录实验器材铁架台(带铁夹)、温度计、烧杯、热敏电阻、光敏电阻、冷水、热水、多用电表、导线、开关、光电计数器等．实验步骤1．热敏电阻特性(1)如图所示，将一热敏电阻连入电路中，用多用电表欧姆挡测其电阻，记录温度、电阻值．目录(2)将热敏电阻放入盛有少量冷水并插入温度计的烧杯中，记录温度、电阻值．(3)再分几次向烧杯中倒入开水，观察不同温度下热敏电阻的阻值．2.光敏电阻特性(1)按图所示将光敏电阻连入电路中，观察欧姆表的示数．目录(2)用手挡住部分光线或上下移动手掌，观察光敏电阻的阻值随光线的变化而变化的情况．(3)将钩码放在纸带上，如图所示，拖动纸带向前运动，观察光电计数器上的数字变化．目录误差分析1．温度计、欧姆表读数时的偶然误差．2．读数时机把握不好，过早读数，则水温与热敏电阻温度存在差异．注意事项1．在做热敏实验时，加热水后要等一会再测其阻值，以使电阻温度与水温相同，并同时读出水温．2．光敏实验中，如果效果不明显，可将部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔,改变射到光敏电阻上的光的多少.3．光电计数器是比较精密的仪器，使用过程中应轻拿轻放，严格按操作要求进行．目录拓展创新对于热敏电阻的特性，可用以下实验进行：如图所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表针指在某一刻度，观察下述操作中指针的偏转情况：目录(1)往Rt上擦一些酒精；(2)用吹风机将热风吹向电阻．实验分析：(1)中指针左偏，说明Rt的阻值增大；酒精蒸发吸热，热敏电阻的温度降低，所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大．(2)中指针右偏，说明Rt的阻值减小,而热敏电阻Rt的温度升高,故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．优点：改进后的实验简单易操作，学生很快得出结论．目录经典例题展示例1考点1热敏传感器(2010·高考大纲全国卷Ⅱ)如图，一热敏电阻RT放在控温容器M内；A为毫安表，量程6mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9Ω；S为开关．已知RT在95℃时的阻值为150Ω，在20℃时的阻值约为550Ω.现要求在降温过程中测量在95℃～20℃之间的多个温度下RT的阻值．(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图．目录(2)完成下列实验步骤中的填空：a．依照实验原理电路图连线．b．调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95℃.c．把电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．d．闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录__________________________．e．将RT的温度降为T1(20℃＜T1＜95℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录_____________________．f．温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________.g．逐步降低T1的数值，直至20℃为止；在每一温度下重复步骤e、f.目录【解析】(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应为与热敏电阻串联．(2)本实验原理是当电路的两种状态的电流相等时，外电路的总电阻相等.95℃和T1时对应的电路的电阻相等，有150＋R0＝RT1＋R1，即RT1＝R0－R1＋150Ω.【答案】(1)实验原理电路图如图所示．(2)d.电阻箱的读数R0e．仍为I0电阻箱的读数R1f．R0－R1＋150Ω目录例2考点2光敏传感器为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：(1)根据表中数据，请在图甲所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(kΩ)754028232018目录目录(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干．目录【解析】(1)描绘图象应注意：各点均匀分布在图线两侧，且图线应用平滑曲线，而不能成为各点的连线．光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图丙所示，电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．目录【答案】见解析(2)当照度降低至1.0lx时，光敏电阻RP＝20kΩ，由串联电阻的分压得URPUR＝RPR＝2，即：R＝RP2＝10kΩ，故选定值电阻R1，电路原理图如图丁所示．目录创新实验评析【范例】某同学学完传感器后，欲设计一个电路，自制一台电子秤,通过查阅资料发现电子秤的主要部件为一个压敏电阻，没有压力时阻值为20Ω，允许通过的最大电流为0.5A，现有压敏电阻、质量为m0的砝码、待测物体(可置于压敏电阻的受压面上)和下列可供选择的器材．请完成对该物体质量的测量．A．直流电源：电动势约4.5V，内阻很小；B．电流表A1：量程0～0.6A，内阻0.125Ω；C．电流表A2：量程0～3.0A，内阻0.025Ω；D．滑动变阻器R1：最大阻值10Ω；E．滑动变阻器R2：最大阻值50Ω；F．开关S、导线若干等．目录(1)在可供选择的器材中，应该选用的电流表是________，应该选用的滑动变阻器是________．(2)根据所选器材设计一个电路，用来描绘压敏电阻的电流随压力变化的关系图象，要求压敏电阻两端电压调节范围尽可能大，在方框中画出测量电路图，并根据设计的电路图连接实物图．目录(3)请说明具体的测量步骤．①按电路图连接电路，____________________________；②闭合开关S，移动滑动触头至某一位置,使通过压敏电阻的电流为某一数值；③保持________，在压敏电阻上方放一砝码，读出此时电流表的示数；不断增加砝码个数，分别读出________；④建立m－I坐标系，根据记录数据进行描点，用平滑的曲线连接，让尽可能多的点落在这条曲线上；⑤根据物体放在压敏电阻上所对应的电流值，对应图线读出该物体的质量．目录【解析】(1)由于压敏电阻允许通过的最大电流为0.5A，所以电流表量程选0～0.6A，故电流表选A1，题目要求压敏电阻两端电压调节范围尽可能大，故滑动变阻器采用分压式接法，所以滑动变阻器选R1.(2)见答案．(3)①按电路图连接电路，将滑动触头移至接通电源时使电流表示数为零的位置；②闭合开关S，移动滑动触头至某一位置，使通过压敏电阻的电流为某一数值；③保持滑片位置不动，在压敏电阻上方放一砝码，读出此时电流表的示数；不断增加砝码个数，分别读出电流表对应的电流值；④建立m－I坐标系，根据记录数据进行描点，用平滑的曲线连接，让尽可能多的点落在这条曲线上;⑤根据物体放在压敏电阻上所对应的电流值，对应图线读出该物体的质量．目录【答案】(1)A1R1(2)如图所示(3)①将滑动触头移至接通电源时使电流表示数为零的位置③滑片位置不动电流表对应的电流值【名师点评】(1)本实验是利用压敏电阻将压力信号转换为电信号而实现自动称重的目的．(2)实验的创新之处在于根据压敏电阻的特性选择器材、设计电路和m－I图象的处理思想．