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111 第三節(jié) 傳感器的應(yīng)用 (二) 【知能準(zhǔn)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(diǎn)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(diǎn)”。 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(biāo)器、火災(zāi)報警器 1．機(jī)械式鼠標(biāo)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(jìn)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(diǎn)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(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)1030c”時感溫磁體失去磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點(diǎn)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(jī)械式鼠標(biāo)器的工作原理 鼠標(biāo)器移動時，滾球運(yùn)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(jī)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(biāo)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(jìn)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(dāng)此開關(guān)的溫度達(dá)到居里點(diǎn)（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(dāng)溫度達(dá)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(dāng)溫度達(dá)到70℃—80℃時，S2斷開，當(dāng)溫度達(dá)到103℃時飯熟，S1斷開，，當(dāng)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(dāng)溫度低于70℃時自動閉合，當(dāng)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(dāng)溫度達(dá)到103℃時才自動斷開，而水的沸點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dá)式為V＝________________；行程的表達(dá)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(biāo)器 B．火災(zāi)報警器 C．測溫儀 D．電子稱 3．鼠標(biāo)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(yuǎn)距離讀取溫度的數(shù)值，這是把___________轉(zhuǎn)變?yōu)開________的一大優(yōu)點(diǎn)。 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(qiáng)），且R與LED相距不變，下列說法正確的是（ ） A．當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大 B．當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小 第3題 C．當(dāng)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(dāng)照射光強(qiáng)度增大時（ ） A．電壓表的示數(shù)減小 B．R2中的電流強(qiáng)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(biāo)器 5．用遙控器調(diào)換電視頻道的過程，實(shí)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(jī)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(dāng)此開關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)（103℃）時，會自動斷開。S2是一個自動控溫開關(guān)，當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(zhǔn)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(dāng)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(dá)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(dāng)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(dāng)Uab＝0時，有UR1／（R1﹢R2）＝UR3／（R3﹢Rt） 解得Rt＝20kΩ 由圖乙可知，當(dāng)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(diǎn)。 第1題 請分析：當(dāng)被測點(diǎn)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(jī)已進(jìn)入家庭洗手間，當(dāng)人將濕手靠近干手機(jī)時，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，于是有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干，手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，這是因?yàn)椋? ） 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(jìn)入執(zhí)行電路？ ２．當(dāng)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(qiáng)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(dāng)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(zhǔn)備： 1．（1）單向?qū)щ娦?，?）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(dāng)被測點(diǎn)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(dāng)被測點(diǎn)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?yàn)辄c(diǎn)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(qiáng)，鐵芯間隙中的磁場強(qiáng)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(dá)到某個值（如1.6v），就需要ＲG的阻值達(dá)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(dá)到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即溫度越高。 111