傳感器的原理及應(yīng)用

1、第四模塊 第十章 第三單元一、選擇題1在街旁的路燈，江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮，白天熄，利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，這是利用半導(dǎo)體的()A壓敏性 B光敏性C熱敏性 D三種特性都利用解析：街旁的路燈和江海里的航標(biāo)，都是利用了半導(dǎo)體的光敏性，夜晚電阻大，白天電阻小答案：B2傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖17所示是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極時(shí)，可使膜片發(fā)生形變，引起電容的變化將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)成閉合電路，那么()圖17A當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小B當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大C若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生

2、變化D若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化解析：當(dāng)待測(cè)壓力作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，可使膜片發(fā)生形變，從而引起電容的變化，當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，相當(dāng)于兩極間距離減小，由C可知電容器電容變大；將電容器、靈敏電流計(jì)、電源串聯(lián)組成閉合電路，如果有恒力F的作用，電容變大，電容器充滿電之后，電流計(jì)中無(wú)示數(shù)，如果力F發(fā)生變化，電容器的電容不斷變化，電源不斷給電容器充電、放電， 電流計(jì)有示數(shù)，說(shuō)明壓力F發(fā)生變化答案：BC3一中學(xué)生為發(fā)射的“神舟七號(hào)”載人飛船設(shè)計(jì)了一個(gè)可測(cè)定豎直方向加速度的裝置，其原理可簡(jiǎn)化為如圖18所示連接在豎直彈簧上的重物與滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭連接，該裝置在地面上靜止時(shí)其電壓表的指針指在表盤(pán)

3、中央的零刻度處，在零刻度的兩側(cè)分別標(biāo)上對(duì)應(yīng)的正、負(fù)加速度值關(guān)于這個(gè)裝置在“神舟七號(hào)”載人飛船發(fā)射、運(yùn)行和回收過(guò)程中示數(shù)的判斷正確的是()圖18A飛船在豎直加速升空的過(guò)程中，如果電壓表的示數(shù)為正，則飛船在豎直減速返回地面的過(guò)程中，電壓表的示數(shù)仍為正B飛船在豎直加速升空的過(guò)程中，如果電壓表的示數(shù)為正，則飛船在豎直減速返回地面的過(guò)程中，電壓表的示數(shù)為負(fù)C飛船在圓軌道上運(yùn)行時(shí)，電壓表的示數(shù)為零D飛船在圓軌道上運(yùn)行時(shí)，電壓表示數(shù)所對(duì)應(yīng)的加速度大小應(yīng)約為9.8 m/s2解析：該裝置在地面上靜止時(shí)，kxmg，指針指在表盤(pán)中央的零刻度處；飛船在加速上升的過(guò)程中，kx>mg，滑動(dòng)頭下移，此時(shí)，電壓表的示數(shù)

4、為正；飛船在豎直減速返回地面的過(guò)程中，加速度方向向上，此時(shí)電壓表示數(shù)仍為正，故A對(duì)B錯(cuò)；飛船在圓軌道上運(yùn)行時(shí)，飛船中的物體處于完全失重狀態(tài)，ag，彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)，電壓表示數(shù)不為零，故C錯(cuò)D對(duì)答案：AD4圖19所示的是某工廠成品包裝車(chē)間的光傳感記錄器，光敏電阻R1能接收到發(fā)光元件A發(fā)出的光，每當(dāng)工件擋住A發(fā)出的光，光傳感器B就輸出一個(gè)電信號(hào)，并經(jīng)信號(hào)處理器處理后在屏幕上顯示出電信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系，如圖20所示若傳送帶保持勻加速運(yùn)動(dòng)，每個(gè)工件均相對(duì)傳送帶靜止，且相鄰工件間距依次為5、10、15、20(單位：cm)則下列說(shuō)法正確的是(不計(jì)工件擋住的時(shí)間)()A工件的加速度為0.1 m/s2B工件的加速度

5、為0.2 m/s2C當(dāng)無(wú)光照射R1時(shí)，光傳感器就輸出一次高電壓D當(dāng)無(wú)光照射R1時(shí)，光傳感器就輸出一次低電壓解析：由xaT2得，a m/s20.2 m/s2，故A錯(cuò)B對(duì)當(dāng)無(wú)光照射R1時(shí)，其阻值變大，R1兩端電壓升高，R2兩端電壓降低，故光傳感器就輸出一次低電壓，C錯(cuò)D對(duì)答案：BD5圖21是一火警報(bào)警器電路的示意圖其中R3為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，這種半導(dǎo)體熱敏材料的電阻率隨溫度的升高而增大值班室的顯示器為電路中電流表，電源兩極之間接一報(bào)警器當(dāng)傳感器R3所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)警器兩端的電壓U的變化情況是()AI變大，U變小 BI變小，U變大CI變小，U變小 DI變大，U變大解析

6、：當(dāng)R3處出現(xiàn)火情時(shí)，其電阻增大，電路中的總電阻增大，總電流減小，路端電壓增大，所以報(bào)警器兩端的電壓增大，其中電流表支路的電流也增大答案：D6(2010年廣州畢業(yè)綜合測(cè)試)如圖22是一位同學(xué)設(shè)計(jì)的防盜門(mén)報(bào)警器的簡(jiǎn)化電路示意圖門(mén)打開(kāi)時(shí)，紅外光敏電阻R3受到紅外線照射，電阻減??；門(mén)關(guān)閉會(huì)遮蔽紅外線源(紅外線源沒(méi)有畫(huà)出)經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)，燈的亮滅能反映門(mén)的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)門(mén)打開(kāi)時(shí)兩燈的發(fā)光情況以及R2兩端電壓UR2與門(mén)關(guān)閉時(shí)相比()A紅燈亮，UR2變大B綠燈亮，UR2變大C綠燈亮，UR2變小D紅燈亮，UR2變小解析：門(mén)打開(kāi)R3減小，導(dǎo)致R總減小和I總增加，Ur和UR1變大，UR2E(UR1Ur)減小，IR3I總

7、增加，電磁繼電器磁性增強(qiáng)把銜鐵拉下，紅燈亮，綠燈滅，A錯(cuò)誤，D正確答案：D7如圖23是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是電容器兩板間的()A距離變化 B正對(duì)面積變化C介質(zhì)變化 D電壓變化解析：人對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，使振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容器兩極間距離變化，由C，可導(dǎo)致電容C變化答案：A8如圖24所示為一測(cè)定液面高低的

8、傳感器示意圖，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導(dǎo)電液體，把傳感器接到圖示電路中，已知靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉(zhuǎn)，則導(dǎo)電液體的深度h變化為()Ah正在增大Bh正在減小Ch不變D無(wú)法確定解析：由電源極性及電流方向可知，A、B構(gòu)成的電容器上的電荷量減小，據(jù)C，電容C在減小，可推知正對(duì)面積S減小，即h在減小答案：B9家用電熱滅蚊器中電熱部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由酞酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率與溫度的關(guān)系如圖25所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、控溫兩重功能，對(duì)此以下說(shuō)法中正確的是()A通電后其功率先增大后減小B通電后其

9、功率先減小后增大C當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1到t2的某一值不變D當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1或t2不變解析：根據(jù)PTC元件的電阻率隨溫度變化的曲線可知：在常溫下，它的電阻是相當(dāng)小的，通入電流以后，隨著溫度的升高，其電阻率先變小后增大，那么它的功率先變大，后變小，溫度保持在t1到t2的某一值不變，這時(shí)候電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，如果溫度再升高，電阻率變大，導(dǎo)致電流變小，溫度就會(huì)降下來(lái)；如果溫度降低，電阻率減小，導(dǎo)致電流變大，溫度就會(huì)升上去，所以本題正確答案為A、C.答案：AC二、計(jì)算、論述題10一熱敏電阻阻值隨溫度變化的圖象如圖26甲所示，請(qǐng)應(yīng)用這一熱敏電阻自行

10、設(shè)計(jì)一控制電路，當(dāng)溫度高于某一值后紅色指示燈亮，而溫度低于這一值時(shí)綠色指示燈亮，并且說(shuō)明滑動(dòng)變阻器的作用給你的器材有：如圖乙所示的繼電器一只(a、b為常閉觸點(diǎn)，c、d為常開(kāi)觸點(diǎn))、熱敏電阻一只、滑動(dòng)變阻器一只、紅綠指示燈各一個(gè)、兩個(gè)獨(dú)立的電池組、開(kāi)關(guān)兩個(gè)、導(dǎo)線若干答案：設(shè)計(jì)的電路圖如下圖27所示圖27此方案中滑動(dòng)變阻器的作用：主要是通過(guò)調(diào)節(jié)滿足對(duì)熱敏電阻的要求11如圖28示是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)控溫開(kāi)關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開(kāi)關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)(103)時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)S2是一個(gè)自動(dòng)控溫開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度低于70時(shí)，會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于80時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)紅燈是加熱時(shí)的指示燈，黃燈是保溫時(shí)的指示燈分流電

11、阻R1R2500 ，加熱電阻絲R350 ，兩燈電阻不計(jì)圖28(1)分析電飯煲的工作原理(2)計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比解析：(1)電飯煲盛上食物后，接上電源，S2自動(dòng)閉合，同時(shí)手動(dòng)閉合S1，這時(shí)黃燈短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)加熱到80時(shí)，S2自動(dòng)斷開(kāi)，S1仍閉合；水燒開(kāi)后，溫度升高到居里點(diǎn)103時(shí)，開(kāi)關(guān)S1自動(dòng)斷開(kāi)，這時(shí)飯已煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)由于散熱，待溫度降至70時(shí)，S2自動(dòng)閉合，電飯煲重新加熱，溫度達(dá)到80時(shí)，S2又自動(dòng)斷開(kāi)，再次處于保溫狀態(tài)(2)加熱時(shí)電飯煲消耗的電功率P1，保溫時(shí)電飯煲消耗的電功率P2，兩式中R并 .從而有.答案：(1)略(2)

12、12112如圖29所示是一種懸球式加速度儀，它可以用來(lái)測(cè)定沿水平軌道運(yùn)動(dòng)的列車(chē)的加速度，m是一個(gè)金屬球，它系在金屬絲的下端，金屬絲的上端懸掛在O點(diǎn)，AB是一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的電阻絲，其電阻值為R.金屬絲與電阻絲接觸良好，摩擦不計(jì)，電阻絲的中點(diǎn)C焊接一根導(dǎo)線從O點(diǎn)也引出一根導(dǎo)線，兩線之間接入一個(gè)電壓表V(金屬絲和導(dǎo)線電阻不計(jì))；圖中虛線OC與AB垂直，且OCh，電阻絲AB接在電壓為U的直流穩(wěn)壓電源上，整個(gè)裝置固定在列車(chē)中使AB沿著前進(jìn)的方向，列車(chē)靜止時(shí)金屬絲呈豎直狀態(tài)，當(dāng)列車(chē)加速或減速前進(jìn)時(shí)，金屬絲將偏離豎直方向，從電壓表的讀數(shù)變化可以測(cè)出加速度的大小圖29(1)當(dāng)列車(chē)向右勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，試寫(xiě)出加速度a與電壓表讀數(shù)U的關(guān)系式，以便重新刻制電壓表表面使它成為直接可讀出加速度數(shù)值的加速計(jì)(2)用此裝置測(cè)得的最大加速度是多少？(3)為什么C點(diǎn)設(shè)置在電阻絲AB的中間？對(duì)電壓表的選擇有什么特殊要求？解析：(1)設(shè)列車(chē)加速度為a時(shí)懸掛小球的金屬絲偏離豎直方向角，這時(shí)小球受到的合外力為Fmgtan，根據(jù)牛頓第二定律Fma得這時(shí)的加速度表達(dá)式為agtan，因?yàn)閠an，將此式代入上式得ag·該式就是觸點(diǎn)D的位移跟加速度的關(guān)系式從電路部分看，設(shè)此時(shí)電壓表的讀數(shù)為U，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓與電阻成正比，對(duì)均勻電阻絲來(lái)說(shuō)，應(yīng)有電壓與電阻絲長(zhǎng)度成正比，即：DCl故ag上式中g(shù)、U、l、h都是常數(shù)，表明U與