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111 第三節(jié) 傳感器的應(yīng)用 (二) 【知能準備】 一．溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋 1．電飯鍋中的溫度傳感器主要元件是___________，它的特點是：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁鐵吸引，但是上升到約103℃時，就失去了磁性，不能被磁體吸引了。這個溫度在物理學(xué)中稱為該材料的“居里溫度”或“居里點”。 2．感溫鐵氧體是用＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿混合燒制而成的。 二．溫度傳感器的應(yīng)用——測溫儀 1．溫度傳感器可以把＿＿＿轉(zhuǎn)換成電信號，由指針式儀表或數(shù)字式儀表顯示出來。 2．測溫儀中的測溫元件可以是_________、___________、______________等，還可以是______________等。 三．光傳感器的應(yīng)用——鼠標器、火災(zāi)報警器 1．機械式鼠標器內(nèi)的碼盤兩側(cè)分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接受管，兩個紅外接受管就是兩個___________________。 2．有的火災(zāi)報警器是利用煙霧對光的散射來工作的，其帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板。平時光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。煙霧進入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小。與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發(fā)出警報。 【同步導(dǎo)學(xué)】 一、疑難分析 1．電飯鍋的工作原理 開始煮飯時，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸引，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到初始狀態(tài)，則觸點接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內(nèi)保持1000c不變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，直到飯熟后，水份被大米吸收，鍋底溫度升高，當溫度升至“居里點1030c”時感溫磁體失去磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱。 火災(zāi)報警器結(jié)構(gòu)造 外罩 擋板 LED 圖－1 2．機械式鼠標器的工作原理 鼠標器移動時，滾球運動通過軸帶動兩個碼盤轉(zhuǎn)動，紅外線接受管就收到斷續(xù)的紅外線脈沖，輸出相應(yīng)的脈沖信號，計算機分別統(tǒng)計x、y兩個方向的脈沖信號，處理后就使屏幕上的光標產(chǎn)生相應(yīng)的位移。 3．火災(zāi)報警器的工作原理： 如圖－1所示帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板。平時，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，煙霧進入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光照射到光電三極管上，其電阻變小，與傳感器連接的電路檢測出這種變化后，就會發(fā)出警報。 二、典型例題 圖－2 例1．電飯煲的工作原理如圖－2所示，可分為兩部分，即控制部分：由 S2、、R1和黃燈組成，工作（加熱）部分；有發(fā)熱電阻R3、、R2和紅燈組成，S1是一個磁鋼限溫開關(guān)，手動閉合，當此開關(guān)的溫度達到居里點（103℃）時，自動斷開，且不能自動復(fù)位，S2是一個雙金屬片自動開關(guān)，當溫度達到70℃—80℃時，自動斷開，低于70℃時，自動閉合，紅燈、黃燈是指示燈，通過其電流必須較小，所以R1、、R2起___________作用，R3是發(fā)熱電阻，由于煮飯前溫度低于70℃，所以S2是______________（填斷開或閉合）。接通電源并按下S1后，黃燈熄而紅燈亮，R3發(fā)熱，當溫度達到70℃—80℃時，S2斷開，當溫度達到103℃時飯熟，S1斷開，，當溫度降到70℃以下時，S2閉合，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由以上描述可知R2，R3（填﹤或﹦或﹥），若用電飯煲燒水時，直到水被燒干S1才會斷開，試解釋此現(xiàn)象。 解析：R1、、R2起的作用是限流，防止指示燈因電流過大而燒毀，S2是自動控溫開關(guān)，當溫度低于70℃時自動閉合，當溫度高于70℃—80℃時又自動斷開，使電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于R3的功率較大，因此R2﹥R3，由于開關(guān)S1必須當溫度達到103℃時才自動斷開，而水的沸點只有100℃，所以用電飯煲燒水時，直到水被燒干后S1才會斷開 圖－3 例2．如圖－3所示為一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖，A為光源，B為光電接受器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪。車輪轉(zhuǎn)動時，A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接受并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實驗顯示單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)為n，累計脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理數(shù)據(jù)是___________________；小車的速度表達式為V＝________________；行程的表達式為S＝_________________。 解析：小車的速度等于車輪的周長與單位時內(nèi)車輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)的乘積，設(shè)車輪的半徑為R，單位時間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)為K，則有V＝2πRK。若齒輪的齒數(shù)為P，則齒輪轉(zhuǎn)一圈電子電路顯示的脈沖數(shù)為P，已知單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)為n，所以單位時間內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)為n∕p。由于齒輪與車輪同軸相連，他們在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)動圈數(shù)相等，即k＝n∕p由以上可得V＝2πR∕p。 同理，設(shè)車輪轉(zhuǎn)動的累計圈數(shù)為k，則有S＝2πRK，且k＝N∕p所以S＝2πRN∕p。 可見，要測出小車的速度和行程，除單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)n和累計脈沖數(shù)N外，還必須測出車輪半徑R和齒輪的齒數(shù) 同步檢測 1．測溫儀使用的是 （ ） A．光傳感器 B．紅外線傳感器 C．溫度傳感器 D．超聲波傳感器 2．下列器件是應(yīng)用光傳感器的是 （ ） A．鼠標器 B．火災(zāi)報警器 C．測溫儀 D．電子稱 3．鼠標器使用的是 （ ） A．壓力傳感器 B．溫度傳感器 C．光傳感器 D．紅外線傳感器 4.關(guān)于電飯鍋的說法正確的是 （ ） A．電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是氧化鐵 B．鐵氧體在常溫下具有鐵磁性,溫度很高時失去鐵磁性 C．用電飯鍋燒水,水開時能自動斷電 D．用電飯鍋煮飯時,若溫控開關(guān)自動斷電后,它不能自動復(fù)位 5．應(yīng)用溫度傳感器可以遠距離讀取溫度的數(shù)值，這是把___________轉(zhuǎn)變?yōu)開________的一大優(yōu)點。 綜合評價 1．有一電學(xué)元件，溫度升高時電阻增大，則這種元件可能是?。ā　。? Ａ．金屬導(dǎo)體　　　　　?。拢^緣體 Ｃ．半導(dǎo)體　　　　　　　Ｄ．超導(dǎo)體 第2題 2．如圖所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管（電流越大，發(fā)出的光越強），且R與LED相距不變，下列說法正確的是（ ） A．當滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大 B．當滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小 第3題 C．當滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變 D．無論怎樣移動觸頭P，L消耗的功率都不變 3．如圖所示，R1、、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當照射光強度增大時（ ） A．電壓表的示數(shù)減小 B．R2中的電流強度減小 C．小燈泡的功率增大 D．電路的路端電壓升高 4．下面元件不屬于溫度傳感器的是（ ） A．電熨斗 B．電飯鍋 C．測溫儀 D．鼠標器 5．用遙控器調(diào)換電視頻道的過程，實際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)化成電信號的過程，下列屬于這類傳感器的是（ ） A．紅外報警裝置 B．走廊照明燈的聲控裝置 C．自動洗衣機中的壓力傳感裝置 D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器 6．火災(zāi)報警器使用的是（ ） 第7題 A．光傳感器 B．溫度傳感器 C．紅外線傳感器 D．超聲波傳感器 7．將萬用表的選擇開關(guān)置于歐姆檔，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻Rg的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的中央，若用不透光的黑紙將Rg包裹起來，表針將向___________（填 “左”或“右”）轉(zhuǎn)動，若用手電筒光照射Rg，表針將向_________（填“左”或“右”）轉(zhuǎn)動。 8．請用儀器：熱敏電阻，學(xué)生電源，繼電器，滑動變阻器，開關(guān)，導(dǎo)線等設(shè)計一個由溫度控制小燈泡發(fā)亮的電路。 9．如圖所示是電飯煲的電路圖，S1是一個控溫開關(guān)，手動閉合后，當此開關(guān)溫度達到居里點（103℃）時，會自動斷開。S2是一個自動控溫開關(guān)，當溫度低于70℃時會自動閉合；溫度高于80℃時，會自動斷開。紅燈是加熱時的指示燈，黃燈是保溫時的指示燈。分流電阻R1＝R2＝500Ω，計算加熱電阻絲R3＝50Ω，兩燈電阻不計。 （1）分析電飯煲的工作原理。 （2）計算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比。 第9題 R1 R2 R3 S1 S2 （3）簡要回答，如果不閉合開關(guān)S1，能將飯煮熟嗎？ 10．如圖所示甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的自動恒溫箱簡圖，箱內(nèi)電阻R1＝20kΩ，R2＝10kΩ，R3＝40 kΩ，R1為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示。當a、b端電壓Uab﹤0時，電壓鑒別器會令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當Uab﹥0時，電壓鑒別器使S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在___________℃。 第10題 R1 R2 R3 Rt 甲 乙 參考答案 知能準備： 一、1．感溫鐵氧體，2．氧化錳、氧化鋅和氧化鐵 二、1．溫度，2．熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶， 三、1．光傳感器 【同步檢測】1、C 2、AB 3、C 4、BD 5、非電學(xué)量 電學(xué)量 【綜合評價】1、A 2、A 3、BC 4、D 5、A 6、AB 7、左 右 8、設(shè)計圖如圖，閉合S1后，有電流通過繼電器，但R1較大，繼電器產(chǎn)生的磁場較弱，當R1的溫度升高，電阻減小，繼電器產(chǎn)生的磁場顯著增大， S2被吸下來，小燈泡發(fā)光，溫度降低，磁性減弱，S2彈開，小燈泡熄滅，從而達到由溫度控制燈炮的亮和滅。 R1 9、（1）見例1 （2）加熱時電飯煲消耗的電功率U2／R并，保溫時電飯煲消耗的電功率為 U2／（R1﹢R并），R并＝R2R3／（R2﹢R3）＝50050／（500﹢50）＝500／11Ω 從而有p1／p2＝（R1﹢R并）／R并＝（500﹢500／11）（500／11）＝12／1 （3）如果不閉合開關(guān)S1，開始S2總是閉合的，R1被短路，功率為P1，當溫度上升到80℃時，自動斷開，功率降為P2，溫度降低到70℃ ，S2自動閉合。溫度只能在70℃—80℃之間變化，不能把水燒開，不能煮熟飯。 10、35℃ 解析：設(shè)電路路端電壓為U，當Uab＝0時，有UR1／（R1﹢R2）＝UR3／（R3﹢Rt） 解得Rt＝20kΩ 由圖乙可知，當Rt＝20kΩ時，t＝35℃ 同步檢測： 1．可以用型號為74LS14的非門集成電路，發(fā)光二極管和限流電阻來組成一個邏輯電平檢測器，電路如圖所示。使用時，將檢測器的輸入端Ａ接到被測點。 第1題 請分析：當被測點為高電平時，LED是否發(fā)光？低電平時呢？說出道理。 ２．隨著人們生活質(zhì)量的提高，自動干手機已進入家庭洗手間，當人將濕手靠近干手機時，機內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，于是有熱空氣從機內(nèi)噴出，將濕手烘干，手靠近干手機能使傳感器工作，這是因為（ ） A．改變了濕度 B．改變了溫度 C．改變了磁場 D．改變了電容 綜合評價： 1．大多樓道燈具有這樣的功能：天黑時，出現(xiàn)聲音它就開啟，而在白天，即使有聲音它也沒有反應(yīng)。 控制電路中接入了哪幾種傳感器？ 這幾種傳感器來的信號，應(yīng)通過哪幾種門電路后，再進入執(zhí)行電路？ ２．當前大量使用的磁敏器件是霍爾元件與集成電路制在一起的磁傳感器，它有以下兩種。 (１)一種是“線性”的。它是將霍爾元件和放大器集成在一個芯片內(nèi)，其輸出的電壓與感受到的磁感應(yīng)強度成正比地連續(xù)變化。請你提出一種方案，利用它來測量電流的大小。 (２)另一種叫做“開關(guān)型”的，當磁場到一定程度時它才會輸出高電平，而在磁場弱到一定程度時輸出低電平（或者相反），也就是說，它只能在高、低電平之間躍變。請你提出一種方案，利用它來測量物體的轉(zhuǎn)速。 ３．要使例題１中路燈在天更暗時才會亮，應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)Ｒ1的阻值？并說明原理。 ４．要使例題２中的熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警，應(yīng)怎樣調(diào)節(jié)Ｒ1的阻值？ 并說明原理。 參考答案： 知能準備： 1．（1）單向?qū)щ娦裕?）發(fā)光；2．（1）放大，（2）微弱； 3．（1）0，1；（2）1，0；（3）1，0。 同步檢測： １．當被測點為高電平時，斯密特觸發(fā)器輸入端Ａ為高電平，則輸出端Ｙ為低電平，故LED發(fā)光；當被測點為低電平時，Ａ即為低電平，則輸出端Ｙ為高電平，LED不發(fā)光。 2．Ａ 綜合評價： 1．答： (1)接入了兩種傳感器：光傳感器（通常用的是光敏電阻）；聲傳感器（通常用的是微型駐極體話筒）。 (2)因為點亮樓道燈需要同時具備兩個條件，即足夠暗的光照和足夠大的聲音，所以要使用與門。 2．答： (1)設(shè)計方案如右圖所示。在Ｃ形軟鐵芯１上繞制線圈２，霍爾傳感器３置入鐵芯的間隙中，并與數(shù)字毫伏表４相連。線圈中通入的待測電流Ｉ越強，鐵芯間隙中的磁場強度就越大，則傳感器輸出的電壓越大。 (2)設(shè)計方案如圖所示。轉(zhuǎn)動物體１的邊緣上嵌入一個小永磁體２，霍爾傳感器３固定在近旁，并在計數(shù)電路和顯示屏４相連。物體每轉(zhuǎn)動一周，傳感器就輸出一個電壓脈沖，計數(shù)顯示的數(shù)字就增加１。配合秒表測出在時間t內(nèi)轉(zhuǎn)動的周數(shù)n，就可以計算出轉(zhuǎn)速。 ３．答：要使在天更暗時路燈才會亮，應(yīng)該把Ｒ1的阻值調(diào)大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端Ａ電壓達到某個值（如1.6v），就需要ＲG的阻值達到更大，即天色更暗。 ４．答：要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警，應(yīng)減?。?的阻值，Ｒ1阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入端達到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即溫度越高。 111