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1　认识传感器
第五章　传感器
[学习目标]　
1.了解什么是传感器以及传感器的一般结构。2.了解几种常见敏感元件的工作原理。3.知道传感器的分类。
探究·必备知识
「探究新知」
知识点一　什么是传感器
1.概念:把被测的 信息,按一定规律转换成与之对应的 信号的器件或装置。
2.作用:从外界获取一些必要的 并提供给机器。
非电
电
信息
1.结构:通常由 和 组成,有时也将 、辅助电源作为传感器的组成部分。
2.敏感元件
敏感元件能直接感受 信息,并将这些信息变换成 的物理量。
知识点二　传感器的结构
敏感元件
转换元件
信号调节转换电路
非电
易于测量
3.干簧管
干簧管的两个簧片在磁场的作用下会磁化,靠近的两端成为 ,相互吸引。当磁场力 簧片的弹力时,两簧片紧密接触。所以干簧管是一个由磁场控制的开关。
4.转换元件
又称传感元件,通常 感受被测量,而是将敏感元件输出的物理量转换成 。
异名磁极
大于
不直接
电学量
5.信号调节转换电路
信号调节转换电路能对转换元件输出的信号进行 、消除干扰,使转换元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的 。
放大
电学量
1.按感知外界信息及变换效应的不同,可分为物理传感器、 传感器和 传感器。
知识点三　传感器的分类
化学
生物
2.传感器的分类
项目 物理传感器 化学传感器 生物传感器
工作 原理 利用力、热、光、电磁和声等物理效应 利用化学反应的原理检测物质的种类和 浓度 利用酶、抗体和激素等分子识别功能进行工作
实例 如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等 如部分气敏传感器、湿敏传感器等 如免疫传感器、抗原抗体传感器、酶传感器等
「新知检测」
1.思考判断
(1)传感器是将被测量的非电学量转换成电学量的器件或装置。(　 　)
(2)光敏电阻受到的光照越强,电阻越小。(　 　)
(3)干簧管是一种磁传感器。(　 　)
(4)传感器是将力、温度、光、声、化学成分等非电信号转换为电信号的主要工具。(　 )
(5)传感器能把电信号转换成非电信号。(　 　)
√
√
√
√
×
2.思维探究
(1)举例说明:不便于测量和控制的非电学量有哪些 便于测量和控制的电学量有哪些
【答案】 (1)不便于测量和控制的非电学量主要有角度、位移、速度、压力、温度、声音、光照等,便于测量和控制的电学量有电压、电流等。
(2)在日常生活中,人们不必直接接触就可以控制一些机器,试举一些生活中的例子,看哪些生活用品是通过传感器来完成的。
【答案】 (2)电视机及空调的遥控器、自动水龙头、楼道内的声控灯等。
突破·关键能力
要点一　对传感器的认识
「情境探究」
日常生活中哪些地方还用到了传感器 它们分别属于哪种类型的传感器 它们的工作原理如何
【答案】 如宾馆洗手间里的自动干手机,它使用了红外线传感器,利用红外线辐射强度感知并检测出待测对象信息;又如,生物科学中常用的酶传感器,它是利用生物化学反应识别和检测信息的。(答案不唯一)
「要点归纳」
1.传感器的组成
(1)敏感元件:相当于人的感觉器官,是传感器的核心部分,是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。
(2)转换元件:将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。
(3)转换电路:将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量,如电压、电流、电阻等或电路的通断。
2.传感器的原理:传感器感受的通常是非电学量,如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而输出的通常是电学量,如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱且混有干扰信号的,通常需要经过放大并消除干扰后,再传送给控制系统产生各种控制动作。
[例1] 关于传感器工作的一般流程,下列说法正确的是(　　)
[A] 非电信息→敏感元件→处理电路→电信息
[B] 电信息→处理电路→敏感元件→非电信息
[C] 非电信息→敏感元件→电信息→处理电路
[D] 非电信息→处理电路→敏感元件→电信息
A
【解析】 传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的,工作处理的一般流程是,先由非电学量,比如光信号、压力信号等,通过敏感元件后,由电路处理,变为电信号,从而得以工作,A正确,B、C、D错误。
传感器问题的分析思路
(1)明确传感器的类型,了解传感器的工作原理。
(2)确定传感器中的什么量变化时可以引起电学量的变化。
(3)根据电学量的变化确定相关物理量的变化。
·名师点拨·
[针对训练1] 关于物理传感器、化学传感器和生物传感器,下列说法正确的是(　　)
[A] 物理传感器是利用材料的某种物理性质工作的,因而只能用于机械加工行业,不能用于化工领域
[B] 化学传感器是利用某种化学反应来工作的,因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量
[C] 生物传感器的适用范围广,可在任意温度条件下工作
[D] 生物传感器由于含有生命物质,因而对使用传感器的环境条件有一定
要求
D
【解析】 不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出,故B错误;物理传感器在化工领域也可以使用,如温度传感器等,故A错误;生物传感器能够使用的前提是感受器中的生命物质保持生物活性,故C错误,D正确。
要点二　对敏感元件的认识
「情境探究」
(1)许多办公场所的楼道灯具有这样的功能:天黑时,有声音它就开启,而在白天,即使有声音它也没有反应。请分析满足上述条件的控制电路中有哪些传感器 是物理传感器还是化学传感器
【答案】 (1)接入了两种传感器:光传感器、声传感器。两种传感器均为物理传感器。
(2)光敏电阻一般由什么材料制成 和电学中的一般电阻一样吗
【答案】 (2)光敏电阻一般由半导体材料制成。不一样,电学中常见的电阻一般由金属材料制成。
(3)如图所示连接电路。把磁铁靠近或远离干簧管,观察电路中所发生的现象。干簧管起了什么作用
【答案】 (3)把磁铁靠近干簧管时,两个簧片在磁场的作用下会磁化为异名磁极,当磁场力大于簧片的弹力时,二者紧密地接触,电路接通,灯亮。因此,干簧管串联在电路中就成为一个由磁场控制的开关。
「要点归纳」
1.光敏电阻:光敏电阻一般由半导体材料制成,当半导体材料受到光照时,会有更多的电子获得能量而成为自由电子,同时也形成更多的空穴,于是导电性能明显增强。光敏电阻把光照的强弱转换为电阻的大小。
2.干簧管是一种能感知磁场的敏感元件,在电路中相当于一个由磁场控制的开关。
[例2] (多选)如图所示,在电路中接一段钨丝,闭合开关,灯泡正常发光,当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗,根据钨丝的上述特性,可用钨丝来制作一个温度传感器。下列说法正确的是(　 　)
[A] 该传感器利用了钨丝的化学性质
[B] 该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
[C] 该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻)
[D] 该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)
BC
【解析】 由题目中的现象可知钨丝的电阻随温度的升高而增大,随温度的降低而减小,利用该特性可以制成温度传感器,该传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,故选B、C。
(1)不同的传感器的工作原理不同,但都是通过敏感元件和转换元件把非电学量的变化转换为电学量的变化。
(2)传感器输出的电学量可能为电流、电压、电路通断等。
(3)敏感元件只是传感器的一个关键部分,并不一定就是一个完整的传感器。
·名师点拨·
[针对训练2] 电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件(如图所示),它的结构很简单,只是玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接触,所以干簧管能起到开关的作用,操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。关于干簧管,下列说法正确的是(　　)
[A] 干簧管是感受压力而工作的
[B] 干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
[C] 两个软磁性材料制成的簧片接触的原因是被磁化后相互吸引
[D] 接入电路中的干簧管相当于一个电传感器
C
【解析】 当磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化后相互吸引而接触,当磁体远离干簧管时,软磁性材料制成的簧片失去磁性,两个簧片又分开,它是感受
“磁”而工作的,是一个磁传感器,选项C正确,A、B、D错误。
提升·核心素养
「模型·方法·结论·拓展」
如何选用适当的传感器
现代传感器在原理与结构上千差万别,如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器,是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败,在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。根据测量对象与测量环境确定传感器的类型,要进行一个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量对象的特点和传感器的使用条件考虑被测量对象对传感器体积的要求、测量方式为接触式还是非接触式等具体问题。
[示例] 红外测温仪是一种利用红外线来测量体温的设备,被测人员辐射出的红外线可被测温仪捕捉,并转变成电信号。下列与红外测温仪属于同类传感器的是(　　)
[A] 饮水机中自动控制加热和保温的温控器
[B] 走廊照明灯的声控开关
[C] 火灾红外报警器
[D] 电子体重计的压力传感装置
C
【解析】 红外测温仪使用的是红外线传感器,其测温过程实际上就是传感器把光信号转变为电信号的过程。饮水机中自动控制加热和保温的温控器使用的是温度传感器,走廊照明灯的声控开关使用的是声音传感器,电子体重计的压力传感装置使用的是压力传感器,火灾红外报警器使用的是红外线传感器,故选C。
「科学·技术·社会·环境」
汽车防抱死制动系统(ABS)
在ABS中,每个车轮上各安置一个转速传感器,将关于各车轮转速的信号输入电子控制装置。电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定并形成相应的控制指令。
在制动过程中,电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时,ABS就进入防抱死制动压力调节过程。ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复地经历“保持—减小—增大”过程,而将趋于抱死车轮的滑动率控制在峰值附着系数滑动率的附近范围内,在该ABS中对应于每一个制动轮缸各有一对进液和出液电磁阀,可由电子控制装置分别进行控制,因此,各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节,从而使四个车轮不都发生制动抱死现象。
[示例] (多选)为了保证汽车车轮在制动时不是完全刹死滑行,而是让车轮仍有一定的滚动,我们用一个自动检测车速的传感器来控制车轮的转动,其原理如图所示(铁质齿轮P与车轮同步转动,右端是一个绕有线圈的磁体)。下列说法正确的是(　 　)
[A] M是一个电流检测器
[B] M是一个定值电阻
[C] 该传感器把运动情况转化为电学物理量
[D] 该传感器把运动情况转化为力学物理量
AC
【解析】 当车轮带动齿轮转动时,线圈中会有电流,这是由于齿轮靠近线圈时被磁化,使磁场增强,齿轮离开线圈时磁场减弱,磁通量变化使线圈中产生了感应电流。将这个电流放大后去控制制动系统,可有效地防止车轮抱死,故A、C正确。
检测·学习效果
1.下列关于传感器的应用,说法正确的是(　　)
[A] 干簧管利用电磁感应的原理控制电路的通断
[B] 机器人“眼睛”利用了光传感器
[C] 红外测温仪向人体发射红外线,从而测量人体温度
[D] 火灾报警器是通过感知温度触发报警的
B
【解析】 干簧管利用磁极间的相互作用来控制电路的通断,故A错误;机器人“眼睛”利用了光传感器,故B正确;红外测温仪是通过接收人体向外发射红外线的强弱来测量人体温度的,故C错误;火灾报警器是利用烟雾对光的散射工作的,故D错误。
2.某公司考勤点新增了AI人脸识别机,当有人进入“人脸识别区”大概0.5 m处时,摄像机会捕捉面部信息,对其面部特征进行快速核对,判断是否是该公司员工。下列各组传感器可实现这一功能的是(　　)
[A] 声传感器和压力传感器
[B] 光传感器和位移传感器
[C] 速度传感器和温度传感器
[D] 压力传感器和加速度传感器
B
【解析】 根据题意,进行人面部识别需要使用光传感器和位移传感器,故选B。
3.在产品生产的流水线上,常需要对产品计数。如图甲是利用光敏电阻自动计数的示意图,其中A是发光仪器,B是接收光信号的仪器,B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有产品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值较小;有产品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大。实现自动计数功能的电路如图乙所示,a、b之间接示波器。水平传送带匀速前进,产品通过时会挡住光信号。示波器显示的电压随时间变化的图像如图丙所示。若计数电路中的电源两端的电压恒为6 V,光敏电阻与阻值为
1 kΩ 的定值电阻串联。已知t=0.1 s时光信号被产品挡住。下列说法正确的是(　　)
[A] R1为光敏电阻
[B] 光信号被产品挡住时,光敏电阻的阻值为2 kΩ
[C] 光信号被产品挡住时,光敏电阻的阻值为0.5 kΩ
[D] 每分钟通过计数装置的产品数量为300个
B
感谢观看1　认识传感器
[学习目标]　1.了解什么是传感器以及传感器的一般结构。2.了解几种常见敏感元件的工作原理。3.知道传感器的分类。
探究新知
知识点一　什么是传感器
1.概念:把被测的非电信息,按一定规律转换成与之对应的电信号的器件或装置。
2.作用:从外界获取一些必要的信息并提供给机器。
知识点二　传感器的结构
1.结构:通常由敏感元件和转换元件组成,有时也将信号调节转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。
2.敏感元件
敏感元件能直接感受非电信息,并将这些信息变换成易于测量的物理量。
3.干簧管
干簧管的两个簧片在磁场的作用下会磁化,靠近的两端成为异名磁极,相互吸引。当磁场力大于簧片的弹力时,两簧片紧密接触。所以干簧管是一个由磁场控制的开关。
4.转换元件
又称传感元件,通常不直接感受被测量,而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量。
5.信号调节转换电路
信号调节转换电路能对转换元件输出的信号进行放大、消除干扰,使转换元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量。
知识点三　传感器的分类
1.按感知外界信息及变换效应的不同,可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。
2.传感器的分类
项目 物理传感器 化学传感器 生物传感器
工作 原理 利用力、热、光、电磁和声等物理效应 利用化学反应的原理检测物质的种类和浓度 利用酶、抗体和激素等分子识别功能进行工作
实例 如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等 如部分气敏传感器、湿敏传感器等 如免疫传感器、抗原抗体传感器、酶传感器等
新知检测
1.思考判断
(1)传感器是将被测量的非电学量转换成电学量的器件或装置。(　√　)
(2)光敏电阻受到的光照越强,电阻越小。(　√　)
(3)干簧管是一种磁传感器。(　√　)
(4)传感器是将力、温度、光、声、化学成分等非电信号转换为电信号的主要工具。(　√　)
(5)传感器能把电信号转换成非电信号。(　×　)
2.思维探究
(1)举例说明:不便于测量和控制的非电学量有哪些 便于测量和控制的电学量有哪些
(2)在日常生活中,人们不必直接接触就可以控制一些机器,试举一些生活中的例子,看哪些生活用品是通过传感器来完成的。
【答案】 (1)不便于测量和控制的非电学量主要有角度、位移、速度、压力、温度、声音、光照等,便于测量和控制的电学量有电压、电流等。
(2)电视机及空调的遥控器、自动水龙头、楼道内的声控灯等。
要点一　对传感器的认识
情境探究
日常生活中哪些地方还用到了传感器 它们分别属于哪种类型的传感器 它们的工作原理如何
【答案】 如宾馆洗手间里的自动干手机,它使用了红外线传感器,利用红外线辐射强度感知并检测出待测对象信息;又如,生物科学中常用的酶传感器,它是利用生物化学反应识别和检测信息的。(答案不唯一)
要点归纳
1.传感器的组成
(1)敏感元件:相当于人的感觉器官,是传感器的核心部分,是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。
(2)转换元件:将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。
(3)转换电路:将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量,如电压、电流、电阻等或电路的通断。
2.传感器的原理:传感器感受的通常是非电学量,如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而输出的通常是电学量,如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱且混有干扰信号的,通常需要经过放大并消除干扰后,再传送给控制系统产生各种控制动作。
[例1] 关于传感器工作的一般流程,下列说法正确的是(　　)
[A] 非电信息→敏感元件→处理电路→电信息
[B] 电信息→处理电路→敏感元件→非电信息
[C] 非电信息→敏感元件→电信息→处理电路
[D] 非电信息→处理电路→敏感元件→电信息
【答案】 A
【解析】 传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的,工作处理的一般流程是,先由非电学量,比如光信号、压力信号等,通过敏感元件后,由电路处理,变为电信号,从而得以工作,A正确,B、C、D错误。
传感器问题的分析思路
(1)明确传感器的类型,了解传感器的工作原理。
(2)确定传感器中的什么量变化时可以引起电学量的变化。
(3)根据电学量的变化确定相关物理量的变化。
[针对训练1] 关于物理传感器、化学传感器和生物传感器,下列说法正确的是(　　)
[A] 物理传感器是利用材料的某种物理性质工作的,因而只能用于机械加工行业,不能用于化工领域
[B] 化学传感器是利用某种化学反应来工作的,因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量
[C] 生物传感器的适用范围广,可在任意温度条件下工作
[D] 生物传感器由于含有生命物质,因而对使用传感器的环境条件有一定要求
【答案】 D
【解析】 不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出,故B错误;物理传感器在化工领域也可以使用,如温度传感器等,故A错误;生物传感器能够使用的前提是感受器中的生命物质保持生物活性,故C错误,D正确。
要点二　对敏感元件的认识
情境探究
(1)许多办公场所的楼道灯具有这样的功能:天黑时,有声音它就开启,而在白天,即使有声音它也没有反应。请分析满足上述条件的控制电路中有哪些传感器 是物理传感器还是化学传感器
(2)光敏电阻一般由什么材料制成 和电学中的一般电阻一样吗
(3)如图所示连接电路。把磁铁靠近或远离干簧管,观察电路中所发生的现象。干簧管起了什么作用
【答案】 (1)接入了两种传感器:光传感器、声传感器。两种传感器均为物理传感器。
(2)光敏电阻一般由半导体材料制成。不一样,电学中常见的电阻一般由金属材料制成。
(3)把磁铁靠近干簧管时,两个簧片在磁场的作用下会磁化为异名磁极,当磁场力大于簧片的弹力时,二者紧密地接触,电路接通,灯亮。因此,干簧管串联在电路中就成为一个由磁场控制的开关。
要点归纳
1.光敏电阻:光敏电阻一般由半导体材料制成,当半导体材料受到光照时,会有更多的电子获得能量而成为自由电子,同时也形成更多的空穴,于是导电性能明显增强。光敏电阻把光照的强弱转换为电阻的大小。
2.干簧管是一种能感知磁场的敏感元件,在电路中相当于一个由磁场控制的开关。
[例2] (多选)如图所示,在电路中接一段钨丝,闭合开关,灯泡正常发光,当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗,根据钨丝的上述特性,可用钨丝来制作一个温度传感器。下列说法正确的是(　　)
[A] 该传感器利用了钨丝的化学性质
[B] 该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
[C] 该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻)
[D] 该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)
【答案】 BC
【解析】 由题目中的现象可知钨丝的电阻随温度的升高而增大,随温度的降低而减小,利用该特性可以制成温度传感器,该传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,故选B、C。
(1)不同的传感器的工作原理不同,但都是通过敏感元件和转换元件把非电学量的变化转换为电学量的变化。
(2)传感器输出的电学量可能为电流、电压、电路通断等。
(3)敏感元件只是传感器的一个关键部分,并不一定就是一个完整的传感器。
[针对训练2] 电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件(如图所示),它的结构很简单,只是玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接触,所以干簧管能起到开关的作用,操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。关于干簧管,下列说法正确的是(　　)
[A] 干簧管是感受压力而工作的
[B] 干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
[C] 两个软磁性材料制成的簧片接触的原因是被磁化后相互吸引
[D] 接入电路中的干簧管相当于一个电传感器
【答案】 C
【解析】 当磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化后相互吸引而接触,当磁体远离干簧管时,软磁性材料制成的簧片失去磁性,两个簧片又分开,它是感受“磁”而工作的,是一个磁传感器,选项C正确,A、B、D错误。
模型·方法·结论·拓展
如何选用适当的传感器
　　现代传感器在原理与结构上千差万别,如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器,是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败,在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。根据测量对象与测量环境确定传感器的类型,要进行一个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量对象的特点和传感器的使用条件考虑被测量对象对传感器体积的要求、测量方式为接触式还是非接触式等具体问题。
[示例] 红外测温仪是一种利用红外线来测量体温的设备,被测人员辐射出的红外线可被测温仪捕捉,并转变成电信号。下列与红外测温仪属于同类传感器的是(　　)
[A] 饮水机中自动控制加热和保温的温控器
[B] 走廊照明灯的声控开关
[C] 火灾红外报警器
[D] 电子体重计的压力传感装置
【答案】 C
【解析】 红外测温仪使用的是红外线传感器,其测温过程实际上就是传感器把光信号转变为电信号的过程。饮水机中自动控制加热和保温的温控器使用的是温度传感器,走廊照明灯的声控开关使用的是声音传感器,电子体重计的压力传感装置使用的是压力传感器,火灾红外报警器使用的是红外线传感器,故选C。
科学·技术·社会·环境
汽车防抱死制动系统(ABS)
　　在ABS中,每个车轮上各安置一个转速传感器,将关于各车轮转速的信号输入电子控制装置。电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定并形成相应的控制指令。
　　在制动过程中,电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时,ABS就进入防抱死制动压力调节过程。ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复地经历“保持—减小—增大”过程,而将趋于抱死车轮的滑动率控制在峰值附着系数滑动率的附近范围内,在该ABS中对应于每一个制动轮缸各有一对进液和出液电磁阀,可由电子控制装置分别进行控制,因此,各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节,从而使四个车轮不都发生制动抱死现象。
[示例] (多选)为了保证汽车车轮在制动时不是完全刹死滑行,而是让车轮仍有一定的滚动,我们用一个自动检测车速的传感器来控制车轮的转动,其原理如图所示(铁质齿轮P与车轮同步转动,右端是一个绕有线圈的磁体)。下列说法正确的是(　　)
[A] M是一个电流检测器
[B] M是一个定值电阻
[C] 该传感器把运动情况转化为电学物理量
[D] 该传感器把运动情况转化为力学物理量
【答案】 AC
【解析】 当车轮带动齿轮转动时,线圈中会有电流,这是由于齿轮靠近线圈时被磁化,使磁场增强,齿轮离开线圈时磁场减弱,磁通量变化使线圈中产生了感应电流。将这个电流放大后去控制制动系统,可有效地防止车轮抱死,故A、C正确。
1.下列关于传感器的应用,说法正确的是(　　)
[A] 干簧管利用电磁感应的原理控制电路的通断
[B] 机器人“眼睛”利用了光传感器
[C] 红外测温仪向人体发射红外线,从而测量人体温度
[D] 火灾报警器是通过感知温度触发报警的
【答案】 B
【解析】 干簧管利用磁极间的相互作用来控制电路的通断,故A错误;机器人“眼睛”利用了光传感器,故B正确;红外测温仪是通过接收人体向外发射红外线的强弱来测量人体温度的,故C错误;火灾报警器是利用烟雾对光的散射工作的,故D错误。
2.某公司考勤点新增了AI人脸识别机,当有人进入“人脸识别区”大概0.5 m处时,摄像机会捕捉面部信息,对其面部特征进行快速核对,判断是否是该公司员工。下列各组传感器可实现这一功能的是(　　)
[A] 声传感器和压力传感器
[B] 光传感器和位移传感器
[C] 速度传感器和温度传感器
[D] 压力传感器和加速度传感器
【答案】 B
【解析】 根据题意,进行人面部识别需要使用光传感器和位移传感器,故选B。
3.在产品生产的流水线上,常需要对产品计数。如图甲是利用光敏电阻自动计数的示意图,其中A是发光仪器,B是接收光信号的仪器,B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有产品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值较小;有产品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大。实现自动计数功能的电路如图乙所示,a、b之间接示波器。水平传送带匀速前进,产品通过时会挡住光信号。示波器显示的电压随时间变化的图像如图丙所示。若计数电路中的电源两端的电压恒为6 V,光敏电阻与阻值为1 kΩ 的定值电阻串联。已知t=0.1 s时光信号被产品挡住。下列说法正确的是(　　)
[A] R1为光敏电阻
[B] 光信号被产品挡住时,光敏电阻的阻值为2 kΩ
[C] 光信号被产品挡住时,光敏电阻的阻值为0.5 kΩ
[D] 每分钟通过计数装置的产品数量为300个
【答案】 B
【解析】 已知t=0.1 s时光信号被产品挡住,此时a、b之间电压为2 V,可知光信号没有被产品挡住时,a、b之间电压为4 V。有光照射时,光敏电阻的阻值较小,没有光照射时,光敏电阻的阻值较大,设电源两端的电压为U,则a、b两端的电压Uab=·R1,因此R2为光敏电阻,故A错误;光信号被产品挡住时,a、b之间电压为2 V,则R2两端电压U2=6 V-2 V=4 V,根据串联电路电阻之比等于电压之比可得==,光信号被产品挡住时,光敏电阻的阻值为R2=2R1=2 kΩ,故B正确,C错误;由题图丙可知,每经过 0.4 s,就有一个产品通过计数装置,每分钟通过计数装置的产品数量n=个=150个,故D错误。
课时作业
(分值:50分)
单选题每题4分,多选题每题6分。
1.关于传感器的作用,下列说法正确的是(　　)
[A] 通常的传感器可以直接用来进行自动控制
[B] 传感器可以用来采集信息
[C] 传感器可以将感受到的一些信号转换为力学量
[D] 传感器可以将所有感受到的信号转换为电学量
【答案】 B
【解析】 通常的传感器输出的电信号非常微弱,要经过放大,再送给控制系统产生各种控制动作,选项A错误;传感器通过采集力、温度、光、声、磁场、化学成分等信息,按一定规律转换为电压、电流、电阻等电学量或电路的通断,传感器并不能将所有非电学量都转换为电学量,选项B正确,C、D错误。
2.传感器的应用越来越广泛。下列关于传感器在生产生活中的实际应用,说法正确的是(　　)
[A] 电梯能对超出负载作出“判断”,主要利用的是力传感器
[B] 宾馆的自动门能“感受”到人走近,主要利用的是声音传感器
[C] 检测汽车尾气排放是否符合标准,主要利用的是热传感器
[D] 电视遥控接收器的主要元件是次声波传感器
【答案】 A
【解析】 通过压力传感器,可以使电梯判断是否超出负载,即电梯能对超出负载作出“判断”,主要利用的是力传感器,A正确;宾馆的自动门能“感受”到人走近,是因为安装了红外线传感器,从而能感知红外线,导致门被打开,B错误;检测汽车尾气排放是否符合标准,主要利用的是气体传感器,C错误;电视遥控接收器的主要元件是红外线传感器,D错误。
3.把光敏电阻(光照越强,阻值越小)接入如图所示电路,制成光电报警装置。闭合开关,当光照达到一定强度时,报警器的蜂鸣器发声。下列说法正确的是(　　)
[A] 干簧管应用了电磁感应原理
[B] 增大电阻箱R的阻值,报警器在光照更强时才会报警
[C] 增加电源B的电动势,报警器在光照更强时才会报警
[D] 增加电源A的电动势,报警器在光照更强时才会报警
【答案】 B
【解析】 干簧管是利用磁极间的相互作用来控制电路的通断,故A错误;根据电路原理可知,当电路中电流达到一定值时,干簧管才会接通电路,若增大电阻箱R的阻值,相同光照下电路中电流减小,为得到报警效果,光敏电阻阻值应更小,即光照更强,故B正确;由B项可知,增加电源B的电动势,由B项中分析得光敏电阻阻值较大时即可报警,报警器在光照更弱时就会报警,故C错误;增加电源A的电动势,不影响线圈中电流,报警器在原光照强度时会报警,故D错误。
4.(多选)目前智能手机普遍采用了电容式触摸屏。如图所示,因为工作面上接有高频信号,当用户手指触摸电容式触摸屏时,手指和工作面形成一个电容器,控制器可精确确定手指位置。对于电容式触摸屏,下列说法正确的是(　　)
[A] 电容式触摸屏只需要触摸,不需要压力即能产生位置信号
[B] 使用绝缘笔在电容式触摸屏上也能进行触控操作
[C] 手指靠近触摸屏时,由于手指与屏的夹层工作面距离变小,电容变小
[D] 手指与屏的接触面积变大时,电容变大
【答案】 AD
【解析】 由题意可知,当用户手指触摸电容式触摸屏时,手指和工作面形成一个电容器,因为工作面上接有高频信号,电流通过这个电容器分别从屏的四个角上的电极中流出,且流经四个电极的电流与手指到四个角的距离成比例,控制器通过对四个电流比例的精密计算来确定手指位置,因此不需要手指有压力,A正确。绝缘笔与工作面不能形成电容器,所以不能在电容式触摸屏上进行触控操作,B错误。手指靠近触摸屏时,由于手指与屏的夹层工作面距离变小,根据C=可知,电容将变大,C错误。手指与屏的接触面积变大时,根据C=可知,电容变大,D正确。
5.嫦娥一号是中国探月计划中的第一颗自主研制的卫星,其探测任务之一是描绘月球的立体图形,为实现这一探测目标,应为卫星配备(　　)
[A] 生物传感器 [B] 气敏传感器
[C] 磁传感器 [D] 光传感器
【答案】 D
【解析】 月球是一个特殊的星体,它上面无空气、生物和磁场,故只有光传感器可以达到探测目的,D正确。
6.嫦娥六号采用了大量的传感器。某金属热电阻和热敏电阻的阻值R随温度t变化的关系图像如图所示,下列说法正确的是(　　)
[A] 金属热电阻不可用来做电阻温度计
[B] 金属热电阻在温度上升时导电能力增强
[C] 热敏电阻的阻值随温度的变化不明显
[D] 它们都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
【答案】 D
【解析】 金属热电阻的阻值随温度的升高而增大,导电能力减弱,这样的金属可以制成温度传感器,称为热电阻,可用来做电阻温度计,故A、B错误;热敏电阻的阻值随温度的升高而降低,其阻值变化明显,故C错误;金属热电阻和热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,故D正确。
7.(多选)教学楼过道灯是由声传感器和光传感器同时来控制的,在夜晚天黑时用力拍掌,灯就亮了;而白天怎样用力拍掌,灯都不会亮,其原理图如图所示。下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是(　　)
[A] 白天有光照时,光传感器自动闭合
[B] 夜晚无光照时,光传感器自动闭合
[C] 有人走动或发出声音时,声传感器自动闭合
[D] 无人走动或没有声音时,声传感器自动闭合
【答案】 BC
【解析】 天亮时光传感器自动断开,天黑时闭合,有人走动发出声音,声传感器闭合;两个传感器同时闭合,灯就会自动亮。故选B、C。
8.传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学物理量(如电压、电流、电荷量等)的一种元件。如图所示,甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器,下列说法正确的是(　　)
[A] 图甲中两极间的电荷量不变,若电压减小,可判断出h变小
[B] 图乙中两极间的电荷量不变,若电压增大,可判断出θ变小
[C] 图丙中两极板间的电压不变,若有电流流向传感器的负极,则x变小
[D] 图丁中两极间的电压不变,若有电流流向传感器的正极,则F变大
【答案】 D
【解析】 题图甲中两极间的电荷量不变,若电压减小,由电容的定义式C=分析可知,电容增大,由电容的决定式C=可知,两极板正对面积增大,h变大,A错误;题图乙中两极间的电荷量不变,若电压增加,由电容的定义式C=分析可知,电容减小,由电容的决定式C=可知,极板正对面积减小,θ变大,B错误;题图丙中两极板间的电压不变,若有电流流向传感器的负极,说明电容器在放电,电荷量减小,由电容的定义式C=分析可知,电容减小,由电容的决定式C=可知,电介质向外移动,则x变大,C错误;题图丁中两极间的电压不变,若有电流流向传感器的正极,说明电容器在充电,电荷量增加,由电容的定义式C=分析可知,电容增大,由电容的决定式C=可知,极板间距离减小,则F变大,D正确。
9.(多选)为了保证行车安全和乘客身体健康,动车上装有烟雾报警装置,其原理如图所示。M为烟雾传感器,其阻值RM随着烟雾浓度的改变而变化,电阻R为可变电阻。车厢内有人抽烟时,烟雾浓度增大,导致报警装置S两端的电压增大,装置发出警报。下列说法正确的是(　　)
[A] RM随烟雾浓度的增大而增大
[B] RM随烟雾浓度的增大而减小
[C] 若要提高报警灵敏度可减小R
[D] 若要提高报警灵敏度可增大R
【答案】 BD
【解析】 烟雾浓度增大,S两端的电压增大,电路中电流增大,故电路的总电阻减小,RM随烟雾浓度的增大而减小,故A错误,B正确;若要提高报警灵敏度,需让S两端的电压变化明显,将S看成外电路,其余看作等效电源,根据U=E-Ir可判断,同样的变化电流,则内阻越大,S两端电压变化越大,故C错误,D正确。
10.(8分)如图所示为大型电子地磅电路图,电源电动势为E,内阻不计,不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器接入电路中有效电阻最大,电流较小;称重物时,在压力的作用下滑片下移,滑动变阻器有效电阻变小,电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的质量。若滑动变阻器上A、B间长度为l,最大阻值为R0,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为k,试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系。
【答案】 G=2kl-
【解析】 设称重物时弹簧的压缩量为x,
由题意得G=kx,
此时,滑片P与B端距离为l-x,滑动变阻器有效电阻为R0-R0,
由闭合电路欧姆定律有I=,
解得G=2kl-。

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