實驗11：傳感器的簡單使用

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1、實驗11：傳感器的簡單使用 一、實驗目的 1.了解傳感器的工作過程，探究敏感元件的特性。 2.能夠簡單使用傳感器。 二、實驗原理 傳感器是將它感受到的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學量)。其工作過程是通過對某一物理量敏感的元件將感受到的信號按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號。例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)過電子電路的處理就可以達到方便檢測、自動控制、遙控等各種目的了。 三、實驗器材 熱敏電阻、光敏電阻、燒杯、溫度計、熱水、多用電表、小燈泡、學生電源、開關(guān)、滑動變阻器、鐵架臺、導

2、線若干。 四、實驗步驟 1.研究熱敏電阻的熱敏特性。 (1)按圖10-3-1所示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理。 (2)把多用電表置于“歐姆擋”，并選擇適當?shù)牧砍虦y出燒杯中 沒有熱水時熱敏電阻的阻值，并記下溫度計的示數(shù)； (3)向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記 下溫度計的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值； (4)將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻 值，并記錄； (5)根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測量到的溫度、電阻值填入下表中，分析熱敏電阻的特性。 (6)在圖10-3-2坐標系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。 (7)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和R-t 圖線，得出結(jié)論：熱敏電

3、阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。圖10-3-1圖10-3-2 次數(shù)待測量溫度( )電阻() 2.研究光敏電阻的光敏特性。 (1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動變阻器按如圖10-3-3所示電路連接好，其中多用電表置于“100”擋； (2)先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)； (3)打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄； (4)用手掌(或黑紙)遮光時電阻值又是多少？并記錄； (5)把記錄的結(jié)果填入下表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。 結(jié)論：光 敏 電 阻 的 阻 值 被 光 照 射 時 發(fā) 生 變 化

4、 ， 光 照 增 強 ， 電 阻 變 小 ， 光 強 減弱 ， 電 阻 變 大 。 五、注意事項 1.燒杯中加水改變溫度時，要等待溫度穩(wěn)定后再測熱敏電阻的阻值。并同時讀取溫度值。 2.歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。 3.調(diào)節(jié)燈泡亮度時，注意不要超過其額定電壓。圖10-3-3光照強度弱中強無光照射阻值() 【例1】 2009年 高 考 山 東 理 綜 卷 為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開 關(guān)可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強 弱，光越強照度越大，照度單位為lx)。某光敏電阻Rp在不同照度下的阻值如下表： (1)根據(jù)表中

5、數(shù)據(jù)，請在給定的坐標系(圖10-3-4)中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說 明阻值隨照度 變化的特點。 (2)如圖10-3-5所示，當1、2兩端所加 電壓上升至2 V時，控制開關(guān)自動啟 動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設(shè)計 一個簡 單電路，給1、2兩端提供電 壓，要求當天色漸暗照度降低至1.0 (lx)時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完 成電路原理圖。(不考慮控制開關(guān)對所 設(shè)計電路的影響) 提供的器材如下： 光敏電阻RP(符號 ，阻值見上表)； 直流電源E(電動勢3 V，內(nèi)阻不計)； 定值電阻：R1=10 k，R2=20 k，R3=40 k(限選其中之一并在圖中標出) 開關(guān)S及導線若干。 熱點一 光敏電阻

6、的應用照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2電阻(k) 75 40 28 23 20 18 圖10-3-5圖10-3-4 【解析】(1)光敏電阻隨光照度變化的曲線如圖10-3-6所示，其特點是：光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。 (2)當光照度降至1.0(lx)時，光敏電阻的阻值為R P=20 k，設(shè)計原理圖如圖10-3-7所示。根據(jù)歐姆定律與串聯(lián)電阻的分壓 即 R=10 k 即與RP串聯(lián)的電阻應選R1=10 k。圖10-3-6圖10-3-7RUERU p 1212 R23202 1光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應用，比如用于街道路燈的自動控制。圖10-3-8為模

7、擬電路，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，請連成正確的電路，達到日出燈熄，日落燈亮的效果。 【答案】當天亮時，光線照射光敏電阻A。其阻值迅速減小，控制回路電流增大，繼電器B工作，吸住銜鐵使觸點斷開，路燈熄滅。當夜晚降臨，光線變暗，光敏電阻A的阻值增大，控制回路電流減小，彈簧將銜鐵拉起，觸點接通，路燈點亮。圖10-3-8 【例2】如圖10-3-9所示為某種電子秤的原理示 意圖，AB為一均勻的滑動電阻器，阻值為 R，長度為L，兩邊分別有P1、P2兩個滑動 頭。P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保 持水平狀態(tài)而上下自由滑動。彈簧處于原長 時，P1剛好指著A端。P1與托盤固定相

8、連， 若P1、P2間出現(xiàn)電壓時，該電壓經(jīng)過放大， 通過信號轉(zhuǎn)換后在顯示屏上可顯示物體重 力的大小，已知彈簧的勁度系數(shù)為k，托盤 自身質(zhì)量為m 0，電源電動勢為E，內(nèi)阻不計， 當?shù)氐闹亓铀俣葹間，求： (1)托盤尚未放物體時，在托盤自身重力作用下，P 1離A的距離x1； (2)托盤上放有質(zhì)量為m的物體時，P1離A的距離x2； (3)在托盤上未放物體時通常先校準零點，試推想校準零點的方法？校準零點后，將物 體m放在托盤上，試推導出物體質(zhì)量m與P1、P2間電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式。 熱點二 傳感器的應用圖10-3-9 【解析】(1)彈簧處于原長時，P1剛好指著A端，在托盤自身重力作用下(托盤自身質(zhì)量

9、為m 0)，P1離A的距離為x1，由力學平衡知識得：m 0g=kx1，所以x1= ； (2)由受力分析可知：m 0g+m g=kx2得:x2= ； (3)其方法是：調(diào)節(jié)P2，使P2離A的距離也為x1，從而使P1、P2間電壓為零。 當托盤上放有質(zhì)量為m的物體時，P1離P2的距離為 x2-x1= 。 滑動變阻器與電源組成的電路中電流恒定，電源內(nèi)阻不計，由閉合電路歐姆定律可知，I= 。 P 1、P2間電壓U=IR12= ， 可解得： 。 【名師支招】本題背景內(nèi)容新穎、形式靈活，這是現(xiàn)今高考的趨勢之一。有的同學因讀不透材料、得不到相關(guān)的信息而墜入云里霧中。題目意在考查學生對所學知識的理解能力、對實際問

10、題的分析和判斷能力、對圖象信息的提取和加工能力。k gm 0 k gmm )( 0 UgEkLm km g 2 1( )E R Emgx xR L Lk RE 2某同學為了測量一物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)，如圖10-3-10所示。測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U?，F(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m 0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個，開關(guān)及導線若干，待測物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)。請完成對該物體質(zhì)量的測量。(1)設(shè)計一個電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范 圍盡可能大，在圖10-3-11的方框中畫出完整的測量電路圖。(2)簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m。(3)請設(shè)想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題。 【答案】(1)設(shè)計的電路圖如圖所示。 (2)測量步驟與結(jié)果： 調(diào)節(jié)滑動變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零； 將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U 0； 將待測物放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U； 由U0=km 0g，得 測得U=km g，所以 。 (3)因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零；待測物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程。圖10-3-10圖10-3-1100UUmm gm Uk 00