第十章 實(shí)驗(yàn)十一 傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用

第十章實(shí)驗(yàn)十一傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用第一頁，共三十二頁，2022年，8月28日第二頁，共三十二頁，2022年，8月28日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．認(rèn)識(shí)熱敏電阻、光敏電阻等傳感器的特性．2．了解傳感器在技術(shù)上的簡(jiǎn)單應(yīng)用．第三頁，共三十二頁，2022年，8月28日二、實(shí)驗(yàn)原理傳感器能將它感受到的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)．其工作過程是通過對(duì)某一物理量敏感的元件將感受到的信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號(hào)．例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過電子電路的處理就可達(dá)到方便檢測(cè)、自動(dòng)控制、遙控等各種目的．第四頁，共三十二頁，2022年，8月28日傳感器工作的原理可用下面框圖表示：第五頁，共三十二頁，2022年，8月28日三、實(shí)驗(yàn)器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺(tái)、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等．四、研究熱敏電阻的熱敏特性1．實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖實(shí)－11－1所示連接好電路，

將熱敏電阻絕緣處理．(2)把多用電表置于“歐姆擋”，并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y(cè)出燒杯中沒有熱圖實(shí)－11－1水時(shí)熱敏電阻的阻值，并記下溫度計(jì)的示數(shù)；第六頁，共三十二頁，2022年，8月28日(3)向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記

下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測(cè)量的熱敏電阻的阻值；(4)將熱水分幾次注入燒杯中，測(cè)出不同溫度下熱敏電阻的阻

值，并記錄．2．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測(cè)量到的溫度、電阻值填入下表中，分

析熱敏電阻的特性.次數(shù)待測(cè)量溫度(℃)電阻(Ω)第七頁，共三十二頁，2022年，8月28日(2)在圖實(shí)－11－2所示的坐標(biāo)系中，

粗略地畫出熱敏電阻的阻值隨

溫度變化的圖線．圖實(shí)－11－2(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和R－t圖線，得出

結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨溫度的

升高而減小，隨溫度的降低而增大．第八頁，共三十二頁，2022年，8月28日五、研究光敏電阻的光敏特性1．實(shí)驗(yàn)步驟(1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按如圖實(shí)－11－3所示電路連接好，其中多用電表置于歐姆“×100”擋；圖實(shí)－11－3(2)先測(cè)出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)

據(jù)；(3)打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變

亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄；(4)用手掌(或黑紙)遮光時(shí)電阻值又是多少？并記錄．第九頁，共三十二頁，2022年，8月28日2．?dāng)?shù)據(jù)處理把記錄的結(jié)果填入下表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的

特性.光照強(qiáng)度弱中強(qiáng)無光照射阻值Ω結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時(shí)發(fā)生變化，光照增強(qiáng)電阻變小，光照減弱電阻變大．第十頁，共三十二頁，2022年，8月28日六、注意事項(xiàng)1．在熱敏實(shí)驗(yàn)時(shí)，加開水后要等一會(huì)兒再測(cè)其阻值，以使

電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫．2．在光敏實(shí)驗(yàn)中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放

入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上

的光的多少．3．歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零．七、誤差分析此實(shí)驗(yàn)的誤差主要來源于溫度計(jì)和歐姆表的讀數(shù)．第十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日八、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)對(duì)于熱敏電阻的特性，可用以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行：如圖實(shí)－11－4所示，將多用電圖實(shí)－11－4表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)表針指在某一刻度，觀察下述操作下的指針偏轉(zhuǎn)情況：第十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日(1)往Rt上擦一些酒精；(2)用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻．實(shí)驗(yàn)分析：(1)中指針左偏，說明Rt的阻值增大；酒精蒸發(fā)

吸熱，熱敏電阻的溫度降低，所以熱敏電阻的阻值隨溫度的降低而增大．(2)中指針右偏，說明Rt的阻值減小，而熱敏電阻Rt的溫度升

高，故熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減?。畠?yōu)點(diǎn)：改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易操作，學(xué)生很快得出結(jié)論．第十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日第十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日[例1]

熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件，現(xiàn)用伏安法研究電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整．已知常溫下待測(cè)熱敏電阻的阻值約4Ω～5Ω.將熱敏電阻和溫度計(jì)插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其他備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水瓶(圖中未畫出)、電源(3V、內(nèi)阻可忽略)、直流電流表(內(nèi)阻約1Ω)、直流電壓表(內(nèi)阻約5kΩ)、滑動(dòng)變阻器(0～20Ω)、開關(guān)、導(dǎo)線若干．電阻傳感器第十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日(a)圖實(shí)－11－5第十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日(1)在圖實(shí)－11－5(a)中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．(2)根據(jù)電路圖，在圖實(shí)－11－5(b)所示的實(shí)物圖上連線．(3)簡(jiǎn)要寫出完成接線后的主要實(shí)驗(yàn)步驟．第十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日[解析]

常溫下待測(cè)熱敏電阻的阻值(約4Ω～5Ω)較小，應(yīng)該選用安培表外接法．熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，熱敏電阻兩端的圖實(shí)－11－6電壓由零逐漸增大，滑動(dòng)變阻器選用分壓式．(1)實(shí)驗(yàn)電路如圖實(shí)－11－6所示．(2)根據(jù)電路圖，連接實(shí)物圖如圖實(shí)－11－7所示．第十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日?qǐng)D實(shí)－11－7第十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日(3)完成接線后的主要實(shí)驗(yàn)步驟：①往保溫杯里加一些熱水，待溫度計(jì)穩(wěn)定時(shí)讀出溫度計(jì)值；②調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，快速測(cè)出幾組電壓表和電流表的值；③重復(fù)①和②，測(cè)量不同溫度下的數(shù)據(jù)；④繪出各測(cè)量溫度下的熱敏電阻的伏安特性曲線．[答案]

見解析第二十頁，共三十二頁，2022年，8月28日力傳感器[例2]

如圖實(shí)－11－8所示為某種電子秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑動(dòng)變阻器，阻值為R，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩邊分別有P1、P2兩個(gè)滑動(dòng)頭，與P1相連的金屬細(xì)桿可在被固定的豎直光滑絕緣桿MN上保持水平狀態(tài)，金屬細(xì)桿與托盤相連．金屬細(xì)桿所受重力忽略不計(jì)，彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)P1剛好指向A端，若P1、P2間出現(xiàn)電壓時(shí)，該電壓經(jīng)過放大通過信號(hào)轉(zhuǎn)換后在顯示屏上顯示出質(zhì)量的大小．已知彈簧的勁度系數(shù)為k，托盤自身質(zhì)量為m0，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，電源的內(nèi)阻忽略不計(jì)，信號(hào)放大器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器和顯示器的分流作用忽略不計(jì)．求：第二十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日?qǐng)D實(shí)－11－8第二十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日(1)托盤上未放物體時(shí)在托盤的自身重力作用下P1距A端的距離x1；(2)在托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)P1距A端的距離x2；(3)在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn)，其方法是：調(diào)節(jié)P2，從而使P1、P2間的電壓為零，校準(zhǔn)零點(diǎn)后將被稱物體放在托盤上．試推導(dǎo)出被稱物體的質(zhì)量m與P1、P2間電壓U的函數(shù)關(guān)系式．第二十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日[思路點(diǎn)撥]托盤上未放物體時(shí)，托盤有重力，此時(shí)彈簧的壓縮量為多少？在托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，只有物體壓縮彈簧嗎？放上重物后，向下壓縮彈簧，帶動(dòng)指針向下運(yùn)動(dòng)，從而使P1和P2之間的電阻長(zhǎng)度發(fā)生變化，導(dǎo)致兩點(diǎn)間的電壓有變化，最終根據(jù)閉合電路的歐姆定律，能換算出物體的質(zhì)量和電壓U的關(guān)系嗎？第二十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日第二十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[例3]

為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)．光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx)．某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(kΩ)754028232018第二十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D實(shí)－11－9所示的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點(diǎn)．圖實(shí)－11－9第二十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日第二十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)；開關(guān)S及導(dǎo)線若干．圖實(shí)－11－10第二十九頁，共三十二頁，2022年，8月2