第7講傳感器的使用　一、傳感器的工作原理1．概念：能夠感受外界信息，并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號的器件或裝置，叫傳感器．2．組成：一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路三個部分組成．3．原理：通過對某一物理量敏感的元件，將感受到的物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量的量．例如，光電傳感器利用光敏電阻將光信號轉(zhuǎn)換成電信號；熱電傳感器利用熱敏電阻將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號．4．流程：考點一熱敏電阻的原理及應用例1、某實驗小組探究一種熱敏電阻的溫度特性?，F(xiàn)有器材：直流恒流電源（在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定）、電壓表、待測熱敏電阻、保溫容器、溫度計、開關(guān)和導線等。（1）若用上述器材測量熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，請你在實物圖上連線。（2）實驗的主要步驟：①正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電流值；12 ②在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開關(guān)，，，斷開開關(guān)；③重復第②步操作若干次，測得多組數(shù)據(jù)。（3）實驗小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值，并據(jù)此繪得Rt關(guān)系圖線，請根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的Rt關(guān)系式：R＝_______＋______t（Ω）。變式1．（2018·廣東佛山一中模擬）如圖甲表示某電阻R隨攝氏溫度t變化的關(guān)系，圖中R0表示0℃時的電阻，K表示圖線的斜率。若用該電阻與電池（E，r）、電流表Rg、變阻器R′串連起來，連接成如圖乙所示的電路，用該電阻做測溫探頭，把電流表的電流刻度改為相應的溫度刻度，于是就得到了一個簡單的“電阻測溫計”。（1）實際使用時要把電流表的刻度值改為相應的溫度刻度值，若溫度t1＜t2，則t1的刻度應在t2的________側(cè)（填“左”或“右”）。（2）在標識“電阻測溫計”的溫度刻度時，需要弄清所測溫度和電流的對應關(guān)系。請用E、R0、K等物理量表示所測溫度t與電流I的關(guān)系式：t＝_____________________________。（3）由（2）知，計算溫度和電流的對應關(guān)系，需要測量電流表的內(nèi)阻（約為200Ω）。已知實驗室有下列器材：A．電阻箱（0～99.99Ω）；B．電阻箱（0～999.9Ω）；C．滑動變阻器（0～20Ω）；D．滑動變阻器（0～20kΩ）。此外，還有電動勢合適的電源、開關(guān)、導線等。請在方框內(nèi)設計一個用“半偏法”測電流表內(nèi)阻Rg的電路；在這個實驗電路中，電阻箱應選________；滑動變阻器應選________。（只填代碼）變式2．（2017·江蘇高考）某同學通過實驗制作一個簡易的溫控裝置，實驗原理電路圖如圖1所示，繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端，當繼電器的電流超過15mA時，銜鐵被吸合，加熱器停止加熱，實現(xiàn)溫控。繼電器的電阻約20Ω，熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如下表所示。t/℃30.040.050.060.070.080.012 Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1（1）提供的實驗器材有：電源E1（3V，內(nèi)阻不計）、電源E2（6V，內(nèi)阻不計）、滑動變阻器R1（0～200Ω）、滑動變阻器R2（0～500Ω）、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱（0～999.9Ω）、開關(guān)S、導線若干。為使該裝置實現(xiàn)對30～80℃之間任一溫度的控制，電源E應選用______（選填“E1”或“E2”），滑動變阻器R應選用________（選填“R1”或“R2”）。（2）實驗發(fā)現(xiàn)電路不工作。某同學為排查電路故障，用多用電表測量各接點間的電壓，則應將如圖所示的選擇開關(guān)旋至________（選填“A”“B”“C”或“D”）。（3）合上開關(guān)S，用調(diào)節(jié)好的多用電表進行排查。在圖1中，若只有b、c間斷路，則應發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針________（選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”），接入a、c時指針________（選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”）。（4）排除故障后，欲使銜鐵在熱敏電阻為50℃時被吸合，下列操作步驟的正確順序是________。（填寫各步驟前的序號）①將熱敏電阻接入電路②觀察到繼電器的銜鐵被吸合③斷開開關(guān)，將電阻箱從電路中移除④合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值⑤斷開開關(guān)，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至108.1Ω考點二光敏電阻的應用例2、為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(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弱，光越強照度越大，照度單位為lx）。某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表：12 照度（lx）0.20.40.60.81.01.2電阻（kΩ）754028232018（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在如圖甲所示的坐標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?！。?）如圖乙所示，當1、2兩端所加電壓上升至2V時，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)。請利用下列器材設計一個簡單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當天色漸暗照度降低至1.0lx時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。（不考慮控制開關(guān)對所設計電路的影響）提供的器材：光敏電阻RP（符號，阻值見上表）；直流電源E（電動勢3V，內(nèi)阻不計）；定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ（限選其中之一并在圖中標出）；開關(guān)S及導線若干?？键c三傳感器的應用及創(chuàng)新考查創(chuàng)新角度實驗裝置圖創(chuàng)新解讀實驗原理的創(chuàng)新　　（2016·全國卷Ⅰ）1.利用熱敏電阻來控制電路，使之成為溫度報警系統(tǒng)，在設置報警溫度時，借助于電阻箱進行電阻設置，使之達到報警的溫度。2．可以設計成可調(diào)溫度的報警器?！　。?016·江蘇高考）1.把傳感器與閉合電路問題結(jié)合。12 實驗器材的創(chuàng)新2．用替代法測量不同溫度下金屬的電阻，比伏安法更準確。3．描繪Rt的特性曲線，并由曲線推導Rt的關(guān)系式。例3、（2016·全國Ⅰ卷）現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警），電阻箱（最大阻值為999.9Ω），直流電源（輸出電壓為U，內(nèi)阻不計），滑動變阻器R1（最大阻值為1000Ω），滑動變阻器R2（最大阻值為2000Ω），單刀雙擲開關(guān)一個，導線若干。在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18V，Ic約為10mA；流過報警器的電流超過20mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60℃時阻值為650.0Ω。（1）完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。（2）電路中應選用滑動變阻器________（填“R1”或“R2”）。（3）按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為______Ω；滑動變阻器的滑片應置于____（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是。②將開關(guān)向____（填“c”或“d”）端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至。（4）保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。變式3、（2018·鄭州模擬）實驗室備有以下器材：電壓傳感器、電流傳感器、滑動變阻器R1（阻值變化范圍0～20Ω）、滑動變阻器R2（阻值變化范圍0～1000Ω）、電動勢適當?shù)碾娫?、小燈泡?V　12 2W）、開關(guān)、導線若干。（1）要完整地描繪小燈泡的UI曲線，請在方框中畫出實驗電路圖，并標出所用滑動變阻器的符號。（2）實驗中描繪出的小燈泡UI曲線如圖所示，由圖可知，小燈泡燈絲電阻隨溫度升高而____________。（填“增大”“減小”或“不變”）（3）如果用上述器材測量所給電源的電動勢和內(nèi)電阻，實驗電路如圖甲所示，圖中R0是阻值為9.0Ω的保護電阻，實驗中測得多組數(shù)據(jù)記錄在下表中，試在同一坐標系中畫出等效電源的UI圖像，由圖像可求出電源自身內(nèi)阻約為______Ω。序號123456U/V4.003.402.802.001.500.80I/A0.200.260.330.400.460.52（4）若將上述小燈泡直接與電源和保護電阻組成串聯(lián)電路，如圖乙所示，此時小燈泡消耗的電功率約為________W。12 【能力展示】1．某光敏電阻阻值隨光強變化的關(guān)系如下表所示：[“光強（E）”表示光強弱程度的物理量，單位為坎德拉（cd）]光強E/cd123456光敏電阻R/Ω36181297.26小明為此設計了一個路燈自動控制電路如圖1所示，光敏電阻R、電阻箱R1和繼電器組成了一個簡單光控電路，繼電器線圈的電阻為r＝200Ω．當線圈中的電流大于或等于20mA時，繼電器的銜鐵被吸合．為繼電器線圈供電的電池的電動勢E＝8V，內(nèi)阻可以不計，圖中的“電源”接入照明電壓．（1）為了達到日出燈熄，日落燈亮的效果，應該把路燈接________端（選填“AB”或“CD”）．（2）如果要使外界光強達到3cd時路燈自動熄滅，電阻箱R1接入電路的電阻值應為________Ω.?。?）電路連接好后，小明用手擋住光敏電阻，發(fā)現(xiàn)電路不工作．為排查電路故障，他用多用電表測量各接點間的電壓，則應將圖2所示的選擇開關(guān)旋至________（選填“A”、“B”、“C”或“D”）處．小明測得光敏電阻R兩端的電壓為0，電阻箱R1兩端的電壓為8V．由此可知，該電路的故障為________________．（4）小明排除故障后，電路能順利工作了．只是發(fā)現(xiàn)路燈亮的有點早，為此，他應該將電阻箱R1的阻值適當調(diào)________（選填“大”或“小”）一點．12 2．某實驗小組利用如圖（a）所示的電路探究在25℃-80℃范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性，所用器材有：置于溫控室（圖中虛線區(qū)域）中的熱敏電阻RT，其標稱值（25℃時的阻值）為900.0Ω電源E（6V，內(nèi)阻可忽略）電壓表（量程150mV）定值電阻R0（阻值20.0Ω）滑動變阻器R1（最大阻值為1000Ω）電阻箱R2（阻值范圍0-999.9Ω）單刀開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2。實驗時，先按圖（a）連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0℃，將S2與1端接通，閉合S1，調(diào)節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值Uv，保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)節(jié)R2，使電壓表讀數(shù)仍為Uv。斷開S1，記下此時R2的讀數(shù)，逐步降低溫控室的溫度t，得到相應溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0℃，實驗得到的R2-t數(shù)據(jù)見下表。t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列問題：（1）在閉合S1前，圖（a）中R1的滑片應移動到________（填“a”或“b”）端；（2）在圖（b）的坐標紙上補齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點，并做出R2-t曲線：12 圖（b）20.01000800200060040040.060.080.0100.0R2/Ωt/℃圖（c）（3）由圖（b）可得到RT，在25℃-80℃范圍內(nèi)的溫度特性，當t=44.0℃時，可得RT=____Ω；（4）將RT握于手心，手心溫度下R2的相應讀數(shù)如圖（c）所示，該讀數(shù)為________Ω，則手心溫度為__________℃。3．利用傳感器可以探測、感受外界的信號、物理條件等。圖甲所示為某同學用傳感器做實驗得到的小燈泡的UI關(guān)系圖線。（1）實驗室提供的器材有：電流傳感器、電壓傳感器、滑動變阻器A（阻值范圍0～10Ω）、滑動變阻器B（阻值范圍0～100Ω）、電動勢為6V的電源（不計內(nèi)阻）、小燈泡、開關(guān)、導線若干。該同學做實驗時，滑動變阻器選用的是________（選填“A”或“B”）；請在圖乙的方框中畫出該實驗的電路圖。（2）如果將該小燈泡接入丙圖所示的電路中，已知電流傳感器的示數(shù)為0.3A，電源電動勢為3V。則此時小燈泡的電功率為________W，電源的內(nèi)阻為________Ω。12 例1、（1）如圖所示　（2）②讀取溫度計示數(shù)　讀取電壓表示數(shù)?。?）100　0.4變式1．（1）右　（2）t＝－（Rg＋r＋R′＋R0）?。?）電路圖如圖所示B　D變式2．（1）E2　R2?。?）C?。?）不偏轉(zhuǎn)　偏轉(zhuǎn)　（4）⑤④②③①例2、（1）圖像如圖（a）所示，由圖可知阻值隨照度變化的特點：光敏電阻的阻值隨光照強度的增大非線性減?。?）電路如圖（b）所示例3、（1）（2）R2（3）①650.0　b12 　接通電源后，流過報警器的電流會超過20mA，報警器可能損壞?、赾　報警器開始報警變式3、（1）（2）增大（3）1Ω（4）燈泡的電功率為P＝UI＝2.2×0.38W≈0.84W?！灸芰φ故尽?．（1）AB　（2）188?。?）C　電阻箱R1斷路?。?）小2．（1）b（2）如圖所示（3）450（4）620.033.03．（1）A　實驗電路圖如圖所示（2）0.69（0.66～0.72均可）　2.33（2.00～2.67均可）12 12