传感器的原理及应用教案

第3课时 传感器的原理及应用

考纲解读 1.知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻的作用.2.能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特性.3.了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案．

基本实验要求Ⅰ

基本实验要求Ⅱ

研究热敏电阻的特性 1．实验原理

闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察． 2．实验器材

半导体热敏电阻、多用电表、温度计、烧杯、凉水和热水． 3．实验步骤

(1)按实验原理图连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；

研究光敏电阻的光敏特性 1．实验原理

闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察． 2．实验器材

光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线． 3．实验步骤

(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如实验原理图所

(2)把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；

(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；

(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录．

4．数据处理

在图1坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．

图1

5．实验结论

热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大．6．注意事项

实验时，加热水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温．

示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡；

(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；

(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．

(4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．

4．数据处理

根据记录数据分析光敏电阻的特性．

5．实验结论

(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小．(2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．

6．注意事项

(1)实验中，如果效果不明显，可将电阻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来达

到实验目的；

(2)欧姆表每次换挡后都要重新

调零.

考点一温度传感器的应用

例1如图2所示，图甲为热敏电阻的R－t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω.当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．

图2

(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(填“A、B端”或“C、D端”)．

(2)如果要使恒温箱内的温度保持在50℃，可变电阻R′的阻值应调节为________Ω.

解析恒温箱内的加热器应接在A、B端．当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高．

随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电

流变大，当线圈的电流大于或等于20 mA 时，继电器的衔铁被吸到下方来，则恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低．随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R 的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于20 mA 时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度．要使恒温箱内的温度保持在50°C ，即50°C 时线圈内的电流为20 mA.由闭合电路欧姆定律I ＝E

r ＋R ＋R ′

，r 为继电器的电阻．由题图甲可知，50°C 时热敏电阻

的阻值为90 Ω，所以R ′＝E

I －(r ＋R )＝260 Ω. 答案 (1)A 、B 端 (2)260 考点二 光电传感器的应用

例2 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R OS 在不同照度下的阻值如下表所示：

(1)化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．

图3

图4

(2)如图4所示，当1、2两端所加电压上升至2 V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1.0 lx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R OS(符号，阻值见上表)

直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；

定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ (限选其中之一并在图中标出)

开关S及导线若干．

解析(1)根据表中的数据，在坐标系中描点连线，得到如图所

示的变化曲线．

由图可知阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小．

(2)因天色渐暗、照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电

阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应加上

一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1.此电路的原理图如图所示．

答案见解析

考点三力电传感器的实际应用

例3某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)，如图5所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；

而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.

图5

请完成对该物体质量的测量：

(1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使调节

范围尽可能大，在虚线框中画出完整的测量电路图．

(2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m.

解析力电转换器虽然是一个全新的仪器，但它与其他所有的测量仪器一样，要有一个“调零”的过程．仔细审题，题目中有很