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(共27张PPT)
《高中物理实验》
利用传感器制作
简单的自动控制装置
目录
01
02
03
04
实验仪器及步骤
数据分析及处理
误差分析及讨论
实验目的及原理
05
实验的典型例题
目录
CONTENTS
PART 01
实验目的及原理
实验目的
知道传感器是构成自动控制系统的必要环节。
知道干簧管的基本工作原理。
能组装、测试自动控制装置--门窗防盗报警装置。
知道二极管、三极管的基本工作原理。
能组装、测试自动控制装置-光控开关。
通过组装、测试自动控制装置，体验传感器的作用。
实验原理
传感器是构成自动控制系统的必要环节。如果没有传感器对原始信息进行准确、可靠地捕捉和转换，那么一切控制将无法实现。
传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。通过测量电学量，配合控制电路执行操作。
门窗防盗报警装置具有自动提示报警的功能。在睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置。当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。
实验原理
实验一：门窗防盗报警装置
如图所示，门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA，并将干簧管接入报警电路。干簧管（一种可以感知磁体磁场是否存在传感器）可将门与门框的相对位置这一非电学量转换为电路的通断。
报警电路的一种设计如图所示。采用干簧管作为传感器，继电器（虚线方框部分）作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示。R为发光二极管的限流电阻，起保护作用。蜂鸣器H作为报警提醒。实验中具体选取的元件参数可参考表。
实验原理
实验一：门窗防盗报警装置
实验原理
实验一：门窗防盗报警装置
电路工作原理：
闭合电路开关S，系统处于防盗状态。
当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧
管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，
使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点
a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正
常工作状态。
当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被
断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。
实验原理
实验一：门窗防盗报警装置
光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。怎样能够在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天亮时自动熄灭？我们可以利用光敏电阻来完成这一任务。
实验原理
实验二：光控开关
在控制电路中，由于光敏电阻的工作电流很微弱，不能直接驱动执行机构工作，因此一般都需要配置一定的放大电路实现控制。
实验原理
实验二：光控开关
晶体三极管是半导体基本元件之一，具有
电流放大作用，在控制电路中常用作电子开关
。本实验采用三极管配合光敏电阻完成光控开
关的任务。三极管由三个电极组成，分别是发
射极e，基极b和集电极c，NPN型和PNP型两种
。三极管的一个重要特性是，从基极输入一个
较小的电流，就会在集电极获得较大的电流。
此外，三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
实验原理
实验二：光控开关
实验电路如图所示。
光控电路用发光二极管LED模仿路灯，RG为光
敏电阻，R2为发光二极管的限流电阻。可调电
阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路，把光
敏电阻因光照而发生的电阻变化，转换为电压的
变化，加载到三极管VT的基极b上。当基极电压
达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电
源正极经电阻R2、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通。可调电阻R1的作用是调整设定电路对周边光亮度的反应，在电路中能够控制三极管的基极电流。如果把R1阻值调得更大些，就会在天更暗时才点亮路灯。
实验原理
实验二：光控开关
实验电路如图所示。
为了能够驱动更大功率的负载，如采用小灯泡
模仿路灯，就要使用继电器来启、闭另外的供电
电路，如图所示中K为继电器的线圈，S为它的常
开触点。为了防止继电器释放衔铁时线圈中的自
感电动势损坏三极管，必须给线圈并联一只二极
管D，以提供自感电流释放的通路。实验中具体选取的元件参数可参考表。
实验原理
实验二：光控开关
实验原理
实验二：光控开关
电路工作原理
当环境光比较强时,光敏电阳RG的阻值很小，
三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路
相当于断路，即发光二极管不工作，继电器处于
常开状态，小灯泡L不亮。
当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，
三极管导通，且获得足够大的基极电流，从而产
生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继
电器吸合，点亮小灯泡L。
PART 02
实验仪器及步骤
实验仪器
干簧管SA(常开型)、继电器(JQX-14FC5V)、发光二极管LED(绿色)、电阻R(330)、蜂鸣器H(有源型)、电源(干电池6V)、小磁体、开关。
实验一：门窗防盗报警装置
可调电阻R(最大电阻为51k2)、限流电阻R2(330)光敏电阻RG(暗电阻>1MΩ,亮电阻<3kΩ)、三极管VT(8050)、发光二极管LED(红色)、继电器(HRS1H-S5V或JQX-14FC5V)、小灯泡L(6V03A)二极管D(IN4001)、电源(干电池6V)。
实验二：光控开关
实验步骤
1.连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。
3.接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
实验一：门窗防盗报警装置
2.确定各元件可以正常工作后，按照图5.3-2所示连接电路。
实验步骤
1.按照图5.3-5所示连接电路，检查无误后，接通电源。
2.让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。
实验二：光控开关
3.遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。
4.让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。
说明：如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。
注意事项
1.连接电路时，注意各电子元件的正负极不要接错。
2.注意区分三极管的发射极e、基极b、集电极c，反接会击穿三极管。
3.可调电阻在使用时，三个引脚相当于滑动变阻器的三个接线柱，注意小旋钮的旋转方向与电阻大小的关系。
4.接通电路前一定要检查连接是否无误。
PART 03
数据分析及处理
数据处理及分析
实验一：门窗防盗报警装置
实验二：光控开关
磁体靠近干簧管时，____________________________________;磁体离开干簧管时，____________________________________.
实验结论：____________________________________________
______________________________________________________.
光比较强时，继电器处于常开状态，小灯泡L不亮;反之，继电器处于闭合状态，小灯泡L亮
蜂鸣器不响，指示灯亮
蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭
PART 04
误差分析及讨论
问题讨论及误差分析
问题：根据光控开关工作原理,请查阅资料，粗略总结光控开关的优缺点。
光控开关优点是精度高、响应速度快、抗电磁干扰能力强。光控开关广泛使用在速度检测、孔洞识别、自动门传感、冲床和剪切机安全防护等诸多领域。光控开关的缺点:因为光控开关是通过光信号来检测的，所以在灰尘较多或水、油、化学品直接飞溅的场合,有强光干扰的等环境不建议使用。
PART 05
实验的典型例题
【例1】如图是街道路灯自动控制设计电路图，利用照明电源为路灯供电，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻的阻值随着光照强度增强而减小.
(1)光敏电阻能够将__________(填字母)
A.光信号转化为电信号
B.电信号转化为光信号
(2)为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，
电灯应接在__________(选填“AB”或“BC”)之间.
实验的典型例题
A
AB
THANKS
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