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第五章 传感器
传感器
实验探究
01
利用传感器制作简单
的自动控制装置
02
磁光效应传感器
光控开光
红外传感器
电磁波
探究
实验：电磁波的产生
探究能力：通过实验加强动手能力.
理解能力：1.知道传感器的工作原理.
2.知道报警器、光控开关等传感器应用的原理.
应用能力：可利用已有器材制作简单的传感器.
电磁振荡
探究
实验：观察振荡电路中电压的波形
探究明理
1.实验的基本思想
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。
靠近，蜂鸣器不响，指示灯亮；
远离，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。
干簧管
一、门窗防盗报警装置
2、实验器材和装置
电源、导线、开关、干簧管、继电器、蜂鸣器、发光二极管、电阻、小磁体。
a. 发光二极管：单向导电性，在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态；在反向电压作用下电阻很大，处于截止状态。
b. 晶体三极管：全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体E极管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。
发光二极管
三极管
c. 电磁继电器:电磁继电器是-种电子控制器件，它具有控制系统(输入回路)和被控制系统(输出回路) ，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压的一种“自动开关”。
3、实验电路图及原理
实验电路图
电路工作原理
闭合电路开关S ，系统处于防盗状态.
(1)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。
(2)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。
3、实验操作
实验电路图
(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。
(2)确定各元件可以正常工作后，按照图所示连接电路。
(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。
4、注意事项
(1)安装前对电磁继电器进行测试，确保电磁继电器通电时能吸合，断电时在弹簧的作用下恢复原状。
(2)安装前对干簧管进行检测，观察磁铁靠近时弹簧片是否接触，磁铁离开时弹簧片是否能断开。
(3)选择合适的定值电阻，保证发光二极管能正常工作。
1、 实验的基本思想
在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭。
光照弱，路灯开启；
光照强，路灯熄灭。
光敏电阻
工作电流很微弱，不能直接驱动执行机构工作，
需要放大电路。
晶体三极管
二、光控开关
2、实验电路图
3、实验原理
当环境的光比较强时，光敏电阻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。
当环境的光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，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而点亮小灯泡L。
实验电路图
4、 实验操作
（1）如图所示连接电路，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。
（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。
DIANLIJIEXI
>>典例解析 足本溯源
02
例1:传感器的应用改变了我们的生活，没有传感器，就不可能有现代化的自动控制技术。下列有关传感器的判断大致正确的是（　　）
A．传感器是将非电学量（如压力、温度、位移等）转化成电学量（如电压、电流等）的装置
B．温度传感器中使用到的热敏电阻，是利用半导体材料在温度发生变化时电阻不变这一特性制成的
C．空调机、电冰箱、微波炉和消毒柜等家用电器都要用到压力传感器
D．自动门、家电遥控系统、生命探测器都使用了红外线传感器　
【答案】AD
【解析】A．传感器是将非电学量（如压力、温度、位移等）转化成电学量（如电压、电流等）的装置，故A正确；
B．温度传感器中使用到的热敏电阻，是利用半导体材料在温度发生变化时电阻也发生变化这一特性制成的，故B错误；
C．空调机、电冰箱、微波炉和消毒柜等家用电器都要用到温度传感器，故C错误；
D．自动门、家电遥控系统、生命探测器都使用了红外线传感器，故D正确。
故选AD。
例2:关于图中传感器的应用，下列说法正确的是（　　）
A．甲图所示传感器利用电容的变化来测量位移
B．乙图所示光电计数器用到了光敏电阻这个传感元件
C．丙图所示霍尔元件可以测量微小位移
D．传感器感受力、温度、光、声等信号，把电学信号转换成非电学信号　
【答案】ABC
【解析】A．甲图中，当被测物体在左、右方向发生位移时，电解质随之在电容器两极之间移动，如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化，所以甲图传感器是位移传感器，故A正确；
B．乙图中，A是发光仪器，B是接受光信号的仪器，B中的主要元素是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有物品阻挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理器系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能，故B正确；
C．丙图利用霍尔元件可以测量微小位移，是位移传感器，故C正确；
D．传感器感受力、温度、光、声等信号，把非电学信号转换成电学信号，故D错误。
故选ABC。
例3:在街旁的路灯，江海里的航标灯都要求在夜晚亮，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．磁敏性　
【答案】B
【解析】在街旁的路灯，江海里的航标灯都要求在夜晚亮，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，这是利用半导体的光敏性。
故选B。
例4:如图为学校教学楼的楼梯上过道灯的控制电路。在傍晚天黑时，用力拍掌，过道灯就亮了，而白天无论怎么用力拍掌，过道灯都不亮。由此可知，在白天用力拍掌时（　　）
A．光控开关自动闭合 声控开关自动闭合
B．光控开关自动断开 声控开关自动闭合
C．光控开关自动闭合 声控开关自动断开
D．光控开关自动断开 声控开关自动断开　
【答案】B
【解析】由题意可知，白天有光照时，光控开关自动断开，此时，不论怎么用力拍掌，过道灯都不亮，夜晚无光照时，光控开关应自动闭合，用力拍掌时，过道灯亮了，说明有声音时，声控开关自动闭合。
故选B。
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03
（2020年全国卷）已知一热敏电阻当温度从10℃升至60℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R（最大阻值为20 Ω）、电压表（可视为理想电表）和毫安表（内阻约为100 Ω）。
(1)在答题卡上所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图__________。
(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为_____kΩ（保留2位有效数字）。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图（a）所示。
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04
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2kΩ。由图（a）求得，此时室温为_____℃（保留3位有效数字）。
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图（b）所示。图中，E为直流电源（电动势为10 V，内阻可忽略）；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器（图中未画出）报警。若要求开始报警时环境温度为50℃，则图中_________（填“R1”或“R2”）应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为_________kΩ（保留2位有效数字）。
【答案】
【解析】(1)[1]滑动变阻器由用分压式，电压表可视为理想表，所以用电流表外接。
连线如图
(2)[2]由部分电路欧姆定律得
(3)[3]由图(a)可以直接可读该电阻的阻值为2.2kΩ对应的温度为25.5℃。
(4)[4]温度升高时，该热敏电阻阻值减小，分得电压减少。而温度高时要求输出电压升高，以触发报警，所以R1为热敏电阻。
[5]由图线可知，温度为50℃时，R1=0.8kΩ，由欧姆定律可得
，
代入数据解得
SUITANGYANLIAN
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04
1、（多选）下如图所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则( 　 )
A．A为低电平，LED发光
B．A为高电平，LED发光
C．A为低电平，LED不发光
D．A为高电平，LED不发光
【解析】：A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B、C正确．
2、（单选）如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是(　　)
A．温度升高至74 ℃时，L1亮灯报警
B．温度升高至74 ℃时，L2亮灯报警
C．温度升高至78 ℃时，L1亮灯报警
D．温度升高至78 ℃时，L2亮灯报警
D
【解析】当温度低于78 ℃时，线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警，当温度升高到78 ℃时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，线圈中没有电流，只是灯L1亮，不会报警．
3、如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验，可知灯的亮灭情况能反映门的开关状态。门打开时两灯的发光情况及R2两端电压U2与门关闭时相比(　　)
A.红灯亮，U2变大
B.绿灯亮，U2变大
C.绿灯亮，U2变小
D.红灯亮，U2变小
D
【解析】当门打开时，R3受红外线照射，电阻减小，则总电阻减小，总电流I增大，R2两端电压U2=EI(R1+R)减小，R2中电流减小，所以R3中电流I3=I-I2增大，电磁继电器产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，选项D正确。

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