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5.3大显身手的传感器 学案
学习目标：
1.知道敏感元件在自动控制电路中的作用。　
2. 知道科学态度与责任]了解生活中传感器的简单应用及给人类生产、生活带来的便利。
基础知识：
1．自动感应门
(1)控制自动门的开关装有一种红外线传感器
(2)自动门系统三环节：检测门前是否有人，判断结果发出指令，执行指令
2．洗衣机的水位控制装置
全自动洗衣机的水位控制装置中使用压力传感器，当筒内水位到达设定高度时，凸起的膜片使动触点接触控制电路的静触点，使控制电路接通，关闭进水电磁阀门，同时接通洗涤电动机电源。
3．指纹识别器
指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。手指皮肤与电容传感器表面构成了电容阵列，指纹的脊和谷相对于另一极板的距离不同，使电容阵列中不同位置的电容器电容不同。
4．机器人
(1)机器人传感器的分类：机器人传感器分为外部传感器和内部传感器。
(2)传感器用途
①外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉。
②内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。
重难点理解：
1．洗衣机水位控制装置——压力传感器
工作原理图及结构：
(1)结构：
1是洗衣机的外筒，2是洗衣机的内筒，3是气室，4是传感器的膜盒。
(2)工作原理：
如图(a)所示，气室下部与外筒连通，上部与软管、传感器的膜盒连通。当向桶内注水后，有一部分水进入气室，气室内被密封的空气压强增大，使传感器的膜盒中的膜片受力向上凸起，如图(b)所示，当筒中水位达到设定的高度时，凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离，并与静触点c接触，从而接通控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源，洗衣机开始工作。
2．自动门——红外线传感器
(1)工作原理
当有人接近自动门时，人体发出的红外线被传感器接收到，就会产生电压输出信号，信号经过电路处理后，使定时器工作，由定时器构成的电路使继电器通电，自动门电动机转动，门自动打开；当人通过自动门几秒后，定时器又使继电器断电，自动门电动机反转，门自动关闭。
(2)工作流程图
3．指纹识别器——电容传感器
工作原理：指纹识别器是通过电容器来识别指纹的。传感器表面集合了很多个电容器的极板，其外面是绝缘表面，当用户的手指放在绝缘表面上时，手指的皮肤就成了电容器的另一个极板，由于指纹的脊和谷相对于另一个极板的距离不同，使电容阵列不同位置的电容器的电容值也不同。通过读取这些电容的差异，就能够获取指纹信息。这样就把指纹的信息转化成了电信号，再经过电路对电信号的比较，就可以实现对指纹的识别。
4．机器人与传感器
(1)机器人
①定义：是一种拟人化的电子机械装置，具有一定的运动、感觉和判断功能。
②组成：机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统。
(2)传感器系统
①作用：机器人的感觉器官。
②分类：外部传感器和内部传感器。
典例1、测定压力变化的电容式传感器如图所示，A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器．可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容．现将此电容式传感器连接到如图所示的电路中，当待测压力增大时(　　)
A．电容器的电容将减小
B．电阻R中没有电流
C．电阻R中有从a流向b的电流
D．电阻R中有从b 流向a的电流
答案　D解析　当待测压力增大时，电容器板间距离减小，根据电容的决定式C＝得知，电容C增大，故A错误．电容器板间电压U不变，电容器所带电荷量为Q＝CU，C增大，则Q增大，电容器处于充电状态，电路中形成逆时针方向的充电电流，电阻R中有从b流向a的电流，故B、C错误，D正确．
典例2、(多选)电熨斗已经走进千家万户，特别是服装店更离不开它，现在的电熨斗具有自动控制温度功能，可以通过双金属片来控制电路的通断．如图为电熨斗的结构示意图，下列关于电熨斗的控制电路的说法正确的是(　　)
A．常温下，电熨斗的上下触点应该是分离的
B．图中双金属片上层的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数
C．熨烫棉麻衣物时需要设定较高的温度，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升
D．熨烫丝绸衣物时需要设定较低的温度，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升
答案　BD解析　常温时，电熨斗的上下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热．当温度过高时双金属片膨胀，因上层的热膨胀系数较大，故上层膨胀得厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热；当温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，故A错误，B正确．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，也就是要求双金属片弯曲程度较大时，两触点分离，所以应使升降螺钉下降；熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使升降螺钉上升，故C错误，D正确．
典例3、(多选)如图3所示是某小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置．则(　　)
A．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压升高
B．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压降低
C．当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
答案　BC解析　R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过而遮住光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A项错误，B项正确；由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故C项正确；当减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故D项错误．
巩固练习：
1．街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的(　　)
A．压敏性 B．光敏性
C．热敏性 D．三种特性都利用
2. 机器人通过哪种传感器感知周围环境，从而避开障碍物(　　)
A．温度传感器 B．压力传感器
C．味觉传感器 D．视觉传感器
3.如图是磁报警装置中的一部分电路示意图，其中电源电动势为E，内阻为r，R1、R2是定值电阻．RB是磁敏传感器，它的电阻阻值随磁体的出现而减小，c、d接报警器．电路闭合后，当传感器RB所在处出现磁体时，则通过电流表的电流I，c、d两端的电压U将(　　)
A．I变大，U变小
B．I变小，U变大
C．I变大，U变大
D．I变小，U变小
4．温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E＝9.0 V，内电阻不计；G为灵敏电流表，其电阻Rg保持不变，R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示．闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是(　　)
A．60 ℃ B．80 ℃
C．100 ℃ D．120 ℃
5．(多选)如图所示的火灾报警装置，R1为热敏电阻，若温度升高，则R1的阻值会急剧减小，从而引起电铃两端电压增加，当电铃两端电压达到一定值时，电铃会响．下列说法正确的是(　　)
A．要使报警的临界温度升高，可以适当增大电源的电动势
B．要使报警的临界温度升高，可以把R2的滑片P适当向下移
C．要使报警的临界温度降低，可以适当增大电源的电动势
D．要使报警的临界温度降低，可以把R2的滑片P适当向下移
参考答案：
1. B　2. D　3. 　A．4. D.5.　CD．

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