实验 传感器的简单应用 新课标 人教版

实验传感器的简单应用

一、实验目的

1、了解传感器的工作原理

2、能够进行简单的应用

3、能处理涉及三种类型传感器（光电传感器、热电传感器、电容式传感器）问题

二、实验原理

传感器是把非电物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、声强、光照等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电阻、电容等）的一种组件.如图所示.

其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定的规律转换成便于利用的信号.

例如：

（1）光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号。它是利用光敏电阻的阻值会随光照强度的变化而变化的原理制成的；如果是光电管，它是利用在光照的条件下，电子能逸出物体表面的现象制成的.

光电传感器在实际中有广泛的应用，例如：路灯的控制、光电计数器、烘手机、遥控器、烟雾报警器、磁带的自动控制都是利用光电传感器工作的。

（2）热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号。热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的。热电传感器在实际中有广泛的应用.例如：

各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机）的温度控制、耳温机.电路中的无结点保护（当电源发生异常时切断电源，电源正常后又自动恢复），都是利用热电传感器工作的.

（3）电容式传感器把角度、深度、压力、位移等信号转换成电容.

三、总结本实验所用的器材.

铁架台、温度计、烧杯、热敏电阻、光敏电阻、冷水、热水、

多用电表、小灯泡、学生电源、导线、开关、电铃或报警器、光

电计数器、滑动变阻器.

四、实验过程

1.研究热敏电阻的热敏特性.

(1)按图所示连接好电路，多用电表选择开关置于“R×100档”.

(2)将热敏电阻放入有少量冷水并插有温度计的烧杯中，记下温度计的示数和热敏电阻的阻值.

(3)将热水分几次注入烧杯中，记下在不同温度下，热敏电阻的阻值.

(4)实验结论：热敏电阻的阻值随着温度的升高而_______.（减小）

2.研究光敏电阻的光敏特性

（1）按下图所示连接好电路，多用电表选择开关置于“R

×1 k”档.

(2)先测出小灯泡不发光时光敏电阻的阻值.

(3)打开电源，让小灯泡发光.调节滑动变阻器，使小灯泡

的亮度由暗变亮，观察光敏电阻的阻值变化情况.

(4)实验结论：光敏电阻在光照加强的条件下，其阻值逐渐_______.(减小）

3.光电计数实验

（1）将光电传感器、小灯泡、计数器、学生电

源按下图所示电路连接好.

(2)接通电源，使小灯泡发光，照射到光电传感

器上.

(3)拿一厚纸板插入光源与光电传感器之间，每插入一次，计数器就记下一次，即计数器开始计数.

4.温度自动报警实验

(1)按图所示将电铃、继电器、电源、开关、滑动变阻器、热敏电阻连成电路.

(2)合上电键S，由于热敏电阻的阻值较大，左侧电路中电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁，电铃不响.把烧杯中加入热水，热敏电阻的阻值减小，左侧电路中电流较强，电磁铁磁性增强，吸引衔铁，电铃电路接通，电铃发声.

5、电容器在传感技术中的应用

电容器，在无线电中的应用是人们所熟知的.此外，人们还利用电容器的电容随参数变化而改变的特性，将电容器作为敏感元件，制成电容式传感器，用于生产和生活中许多非电变化量的自动检测，这也是电容器众多应用领域中的一个重要方面.

电容式传感器的测量过程是信息的被采集与转换过程.通过敏感元件和配用电路的操作，可以将被测量转换成易于处理和显示的电信号，从引起电容变化的参量来划分，电容式传感器有三种基本类型：（1）变间隙式；（2）变面积式；（3）变介电常数式.

五、例题分析

例1．某学生为测量一物体的质量，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．

现有下列器材：力电转换器、质量为m

的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池

各一个，电键及导线若干，待测物体(可置于力电转换器的受压面上)．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，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出未完成的测量电路图．

(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．

(3)请设想实验中可能会出现的一个问题．

答案：（1）对力电传感器的输入电压的连接、

输出电压的测量电路如图所示，滑线变阻器采用分

压型接法，以满足电压的调节范围尽可能大的题设要求。

（2）步骤如下：

①．按所设计的测量电路将有关仪器正确地接入电路；

②．闭合电键S 后，移动滑线变阻器的滑动头，调节输入端的电压，使力电转换器空载时的输出电压为0；

③．将质量为0m 的砝码放置于力电转换器的受压面，稳定后读出此时力电转器的输出电压0U ，因为力电转换器的输出电压与受压面所受压力的大小成正比，所以有0U =k 0m g ，∴比例系数 k= U 0 /m o g

④．将待测物体放置于力电转换器的受压力面，稳定后读出此时力电转换器的输出电压U

∵U = k m g ∴ mg = g m U U 00

；故只要读出此时力电转换器的输出电压U ，就可以计算出待测物体的质量或重力，也可以对其它形式的力进行测量。

（3）①因电源电压不够而输出电压调不到零。

②待测物体的质量超出转换器量程。

例2、如图，甲为在10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R 1=2k Ω，R 2 = 1.5k Ω，R 3 = 4k Ω，R t 为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如

图乙所示，当a 、b 端电压U ab ＜0，电压鉴别器会令开关S 接通，恒温箱内的电热丝

发热，使箱内温度提高；当U ab ＞0时，电压鉴别器使S 断开，停止加热．则恒温箱

内的温度大约恒定在 ℃．

解析：从题目给出的条件可知：当a 、b 之间的电压U ab = 0即为电热丝在工作