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- 2021-05-22 发布
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4.1 传感器的原理4.2 探究热敏电阻的温度特性曲线
[目标定位] 1.知道传感器的定义,理解其工作原理.2.了解光敏电阻、热敏电阻等元件的特征.3.会探究热敏电阻的温度特性曲线.
一、什么是传感器
光声控延时开关的敏感元件有哪些?你能画出它的原理图吗?
答案 有光敏感元件和声敏感元件.
[要点总结]
1.传感器是通过测量外界的物理量、化学量或生物量来捕捉和识别信息,并将被测量的非电学量转化成电学量的装置.
2.各种传感器的作用都是把非电学量转换成电学量.
3.传感器的结构
非电学量敏感元件―→处理电路电学量
4.敏感元件是传感器中的关键性元件,它承担着直接“感知”和转换外界信息的任务.
5.根据检测量的不同,传感器可分为物理型、化学型和生物型.
例1 如图1是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置.其中电源电压保持不变,R是滑动变阻器,它的金属滑片是金属杆的一端.在装置中使用了一只电压表(图中没有画出),通过观察电压表示数,可以了解油量情况.
将电压表分别接在b、c之间与c、d之间,当油量变化时,电压表的示数变化有何不同?
图1
5
答案 见解析
解析 把电压表接在b、c之间,油量增加时,R减小,电压表的示数减小;油量减少时,R增大,电压表的示数增大.
把电压表接在c、d之间,油量增加时,R减小,电路中电流增大,则R′两端的电压增大,电压表的示数增大,同理,油量减少时,电压表的示数减小.
二、研究光敏电阻的导电特性
在工厂生产车间的生产线上安装计数器后,就可以准确得知生产产品的数量,如图2所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻.此光电计数器的基本工作原理是什么?
图2
答案 当光被产品挡住时,R1电阻增大,电路中电流减小,R2两端电压减小,信号处理系统得到低电压,每通过一个产品就获得一次低电压,并计数一次.
[要点总结]
1.光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的.
特点:光照越强,电阻越小.
2.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.
例2 (多选)如图3所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻,当入射光强度增大时( )
图3
A.电压表的示数增大
B.R2中电流减小
C.小灯泡的功率增大
D.电路的路端电压增大
答案 ABC
5
解析 当入射光强度增大时,R3阻值减小,外电路总电阻随R3的减小而减小,R1两端电压因干路电流增大而增大,从而电压表的示数增大,同时内电压增大,故电路的路端电压减小,A项正确,D项错误.由路端电压减小,而R1两端电压增大知,R2两端电压必减小,则R2中电流减小,故B项正确.结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大,故小灯泡的功率增大,C项正确.
三、探究热敏电阻的温度特性
如图4所示,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的正中央.若在Rt上擦一些酒精,表针将如何摆动?若用吹风机将热风吹向电阻,表针将如何摆动?
图4
答案 由于酒精蒸发,热敏电阻Rt温度降低,电阻值增大,指针应向左偏;用吹风机将热风吹向电阻,Rt温度升高,电阻值减小,指针将向右偏.
[要点总结]
1.金属导体的电阻率随温度升高而增大.
2.热敏电阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成,也可用半导体材料制成.
3.热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类
(1)正温度系数的热敏材料(PTC):电阻随温度的上升而增加.
(2)负温度系数的热敏材料(NTC):电阻随温度的上升而下降.
(3)临界温度系数的热敏材料(CTC):电阻在很小的温度范围(临界)内急剧下降.
例3 (多选)在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制.如图5所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小),C为电容器.当环境温度降低时( )
图5
A.电容器C的带电荷量增大
B.电压表的读数增大
5
C.电容器C两板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
答案 AB
解析 当环境温度降低时,R2变大,电路的总电阻变大,由I=知I变小,又U=E-Ir,电压表的读数U增大,B正确;又由P1=I2R1可知,R1消耗的功率P1变小,D错误;电容器两板间的电压U2=U-U1,U1=IR1,可知U1变小,U2变大,由场强E′=,Q=CU2可知Q、E′都增大,故A正确,C错误.
1.(对传感器的认识)关于传感器,下列说法正确的是 ( )
A.所有传感器都是由半导体材料制成的
B.金属材料也可以制成传感器
C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D.水银温度计是一种传感器
答案 B
解析 大多数传感器是由半导体材料制成的,某些金属也可以制成传感器,如金属热电阻,故A错,B对;传感器将非电学量转换为电学量,因此传感器感知的应该是“非电信号”,故C错;水银温度计能感受热学量,但不能把热学量转化为电学量,因此不是传感器,故D错.
2.(光敏电阻的特性)如图6所示的电路中,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,R与L之间用挡板(未画出)隔开,LED为发光二极管(电流越大,发出的光越强),且R与LED间距不变,下列说法中正确的是( )
图6
A.当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率增大
B.当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率减小
C.当滑动触头P向右移动时,L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑动触头P,L消耗的功率都不变
答案 A
解析 滑动触头P
5
左移,滑动变阻器接入电路的电阻减小,流过二极管的电流增大,从而发光增强,使光敏电阻R减小,最终达到增大流过灯泡的电流的效果.
3.(对热敏电阻、光敏电阻的认识)如图7所示为某传感装置内部部分电路图,RT为正温度系数热敏电阻,其特性为随着温度的升高阻值增大;R1为光敏电阻,其特性为随着光照强度的增强阻值减小;R2和R3均为定值电阻,电源电动势为E,内阻为r,V为理想电压表.若发现电压表示数增大,可能的原因是( )
图7
①热敏电阻温度降低,其他条件不变
②热敏电阻温度升高,其他条件不变
③光照减弱,其他条件不变
④光照增强,其他条件不变
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
答案 A
解析 ①热敏电阻温度降低时,其阻值减小,外电路总电阻减小,总电流增大,路端电压随之减小,通过光敏电阻的电流减小,通过R3的电流增大,电压表的读数增大,符合题意,故①正确.
②同理可得热敏电阻温度升高,其他条件不变,电压表的示数减小,不符合题意,故②错误.
③光照减弱,光敏电阻的阻值增大,外电路总电阻增大,路端电压增大,则电压表的示数增大,故③正确.
④光照增强,光敏电阻的阻值减小,外电路总电阻减小,路端电压减小,则电压表的示数减小,故④错误.本题选A.
5
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