DOC《实验十一 传感器的简单应用》

实验十一 传感器的简单应用 目录 课前预习・基础落实 课堂互动・考点突破 课前预习・基础落实 【实验目的】 1.

认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件. 2.了解传感器在技术上的简单应用. 【实验原理】 (1)传感器是将它感受到的信号(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量). (2)其工作过程如图实Ⅺ-1所示: 【实验器材】 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等. 【实验过程】

一、研究热敏电阻的热敏特性 1.实验步骤 (1)按图实Ⅺ-2所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理. (2)把多用电表置于"欧姆挡",并选择适当的量程测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数. (3)向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值. (4)将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录. 2.数据处理 (1)根据记录数据,把测量到的温度、电阻值填入下表中,分析热敏电阻的特性. (2)在图实Ⅺ-3所示坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线. (3)根据实验数据和R-t图线,得出结论:热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大.

二、研究光敏电阻的光敏特性 1.实验步骤 (1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图实Ⅺ-4所示电路连接好,其中多用电表置于欧姆"*100"挡. (2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据. (3)打开电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录. (4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少?并记录. 2.数据处理 把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性. 结论:光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大. 【注意事项】 1.在做热敏实验时,加开水后要等一会再测其阻值,以使电阻温度与水温相同,并同时读出水温. 2.在光敏实验中,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少. 3.欧姆表每次换挡后都要重新调零. 【实验改进】 对于热敏电阻的特性,可用以下实验进行:如图实Ⅻ-5所示,将多用电表的选择开关置于"欧姆"挡,再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT的两端相连,这时表针指在某一刻度,观察下述操作下的指针偏转情况: 1.往RT上擦一些酒精. 2.用吹风机将热风吹向电阻RT. 根据指针偏转方向判定热敏电阻的特性. 【实验分析】 1.1中指针左偏,说明RT的阻值增大.酒精蒸发吸热,温度降低,所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大. 2.2中指针右偏,说明RT的阻值减小.电阻RT温度升高,故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小. 优点:改进后的实验简单易操作,能很快得出结论. 课堂互动・考点突破 考点一 热敏电阻的原理及应用 [例1] 用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT,在给定温度范围内,其阻值随温度的变化是非线性的.某同学将RT和两个适当的固定电阻R

1、R2连成图实Ⅺ-6虚线框内所示的电路,以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的,且具有合适的阻值范围.为了验证这个设计,他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值,测量电路如图实Ⅺ-7所示,图中的电压表内阻很大.RL的测量结果如下表所示. 回答下列问题: (1)根据图实Ⅺ-6所示的电路,在图实Ⅺ-7所示的实物图上连线. (2)为了检验RL与t之间近似为线性关系,在图实Ⅺ-8上作RL-t关系图线. (3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图实Ⅺ-9甲、乙所示.电流表的读数为_电压表的读数为______.此时等效电阻RL的阻值为______;

热敏电阻所处环境的温度约为_ [答案] (1)连线如图所示 (2)RL-t关系图线如图所示 (3)115 mA 5.0 V 43.5 Ω 64.0 ℃(62~66 ℃均正确) 考点二 光敏电阻传感器的应用 [例2] 为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx).某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表: (1)根据表中数据,请在给定的坐标系(图实Ⅺ-10)中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点. (2)如图实Ⅺ-11所示,当

1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统,请利用下列器材设计一个简单电路,给

1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图. (不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下: 光敏电阻RP(符号 ,阻值见上表);

直流电源E(电动势3 V,内阻不计);

定值电阻:R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限选其中之一并在图中标出) 开关S及导线若干. [解析] (1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图所示. 光敏电阻的阻值随光照度变化特点: 光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小. (2)根据串联电阻的分压关系,E=3 V, 当照度降低至1.0(lx)时,其电压升至2 V,由图线知, 此时光敏电阻RP=20 kΩ,URP=2 V, 串联电阻分压UR=1 V, 由==2得:R==10 kΩ, 故选定值电阻R1,电路原理图如图所示. [答案] 见解析 考点三 传感器在实验中的应用 [例3] 利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等.图实Ⅺ-12甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线. (1)实验室提供的器材有:电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0~10 Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0~100 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干.该同学做实验时,滑动变阻器选用的是_选填"A"或"B");

请在图乙的方框中画出该实验的电路图. (2)如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中,已知电流传感器的示数为0.3 A,电源电动势为3 V.则此时小灯泡的电功率为_W,电源的内阻为_Ω. [答案] (1)A 实验电路图如图所示 (2)0.69(0.66~0.72均可) 2.33(2.00~2.67均可)