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第六章传感器第3节实验：传感器的应用|实验基础·理一理|一、实验目的1．识别逻辑集成电路块、集成电路实验板，通过练习电子电路的组装，获得对自动控制电路设计的感性认识．2．了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关．3．了解温度报警器及控制原理，会组装温度报警器．二、实验原理1．光控开关的工作原理(图甲)(1)白天，光照强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通．(2)当天色暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6V，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了)．(3)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0.8V时，输出端Y突然由低电平跳到高电平，二极管LED熄灭．这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的．图乙与图甲电路工作原理基本相同，只是图乙中用继电器控制白炽灯泡的通断．2．温度自动报警器的工作原理(1)如图所示，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．(2)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)时，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．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、电磁继电器、灯泡(6V,0.3A)、可变电阻R1(最大阻值51kΩ)、电阻R2(330Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5V)、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1kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、烧杯(盛有热水)．3．斯密特触发器：当输入端电压逐渐上升到某一个值(1.6V)时，输出端会突然从高电平跳到低电平(0.25V)，当输入端电压下降到另一个值(0.8V)时，输出端会从低电平跳到高电平(3.4V)．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．五、注意事项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．光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则将烧坏门电路集成块．3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R1的阻值调大些．4．温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把R1的阻值调大些．|热点题型·研一研|★题型一光控开关装置分析【例1】如图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．[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F，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F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|对点训练|1．(多选)应用光敏电阻设计的光控自动照明电路实验中，下列说法正确的是()A．实验中利用了光敏电阻光照增强，电阻变大的特性B．实验中利用了光敏电阻光照增强，电阻变小的特性C．实验中二极管的作用是负向截止，正向导通D．实验中二极管的作用是正向截止，负向导通解析：选BC由光敏电阻的特性可知，选项A错误，选项B正确；二极管的作用是负向截止，正向导通，选项C正确，选项D错误．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端的电压降低，灯(发光二极管)点亮D．当R1调大时，A端的电压降低，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，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(2)AD★题型二温度报警器问题分析【例2】(2016·全国卷Ⅰ)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干．在室温下对系统进行调节．已知U约为18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω.(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线．(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．(3)按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为__________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_____________________________________________________________________________________________________.②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至___________________________．(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．[解析](1)电路图连接如图．(2)报警器开始报警时，对整个回路有U＝Ic(R滑＋R热)代入数据可得R滑＝1150.0Ω，因此滑动变阻器应选择R2.(3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0Ω.滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝18650.0A≈27.7mA，超过报警器最大电流20mA，报警器可能损坏．②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止．[答案](1)连线见解析图(2)R2(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏②c报警器开始报警|对点训练|1.(多选)(2019·太原五中高二月考)如图所示是温度报警器电路示意图，下列关于对此电路的分析正确的是()A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声解析：选BC当RT温度升高时，电阻减小，A点电势升高到某一数值，Y端电势突然降低，蜂鸣器导通发出警报，A错误，B正确；当增大R1时，A端电势升高到某一数值，Y端电势突然降低，电流通过蜂鸣器，发出报警声，C正确，D错误．2．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＝3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω当线圈中的电流大于等于50mA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________(均选填“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(均选填“A”或“B”)．(3)图甲中线圈下端P的磁极是________(选填“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70Ω，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＝50mA＝0.05A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＝UI＝30.05Ω＝60Ω.热敏电阻为R＝R总－R0＝60Ω－30Ω＝30Ω，由图乙可知，此时t＝90℃，即当温度t≥90℃时，警铃报警．答案：(1)70减小增大(2)BA(3)S(4)环境温度大于等于90℃时，警铃报警．3．(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15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示.t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9Ω)、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________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“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________(选填“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_