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高中物理 17 年级选修课 3-2:-2
第 5 章 交流电
第 9 课：传感器的简单应用
课程代码：-2
1. 传感器
传感器是一种能感受力、温度、光、声音、化学成分等，并能按照一定的规律转换成电流、电压等或电路的通断状态的元器件。
2. 制造传感器所需的组件
1、光敏电阻：光敏电阻受光照射时高中物理霍尔元件原理，其阻值会发生变化，当光照增加时，阻值减小，当光照减少时，阻值增大。
2、金属热电阻和热敏电阻：金属的电阻率随温度升高而增大。用金属丝可制成温度传感器，称为热电阻。与金属不同，某些半导体的电导率随温度升高而降低。热电阻的阻值随温度升高而减小。半导体材料可用来制成热敏电阻。与热敏电阻相比，金属热电阻化学稳定性好，测温范围宽，但灵敏度较差。
3、霍尔元件：是一种能把磁量磁感应强度转换成电气量电压的传感器元件。
如图所示，出现在M、N之间的电压称为霍尔电压UH，UH=kIB/d，其中d为薄片厚度，k为霍尔系数，由薄片的材料决定。
3.传感器的分类
序列号
分类方法
传感器类型
阐明
按投入量分类
位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等。
传感器是根据被测量的物理量来命名的。
按工作原理分类
应变计、电容式、电感式、热电式、电压式
传感器以其工作原理命名
按输出信号分类
模拟传感器
数字传感器
输出分别为
伪信号、数字信号
4. 传感器应用的一般模式
问题类型 1：机电传感器的应用
例1.如图所示为某大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻可忽略不计。当没有称量物体时，滑块P在A端，接在电路中的滑动变阻器的有效电阻最大，电流最小；称量物体时，滑块P在压力作用下向下滑动，滑动变阻器的有效电阻减小，电流增大。这样，在表盘上刻出与电流相对应的重量值，即可读出被称物体的重量。可变电阻上A、B两点间的距离为L，其最大阻值等于固定电阻R0的阻值。已知两弹簧的总弹力与变形量成正比，比例系数为k。则称量物体的重量G与电流I的大小的关系为（）
A.G = 2kL-EKL/IR0
B.G = kL
C.G＝E/IR0+kL
D.G＝kIL
【方法与知识见解】
机电传感器电路中关键元器件有滑动电阻、电容、弹簧等，回答此类问题的关键是：滑块移动的距离、电容极板间的距离以及机械物理量之间的关系。
机电传感器机电连接图：
题型二：热敏电阻、光敏电阻特性的理解及应用
例2 一般电熨斗采用合金丝作为发热元件，合金丝的电阻与温度T的关系如图中实线①所示，由于环境温度不同，被熨衣物的厚度、湿度不同，熨斗的散热功率也不同，所以熨斗的温度可能在很大的范围内波动，容易损坏衣物。有一种电熨斗采用一种叫“PTC”的特殊材料作为发热元件，其主要成分是钛酸钡，PTC材料的电阻随温度的变化，其变化关系如图中实线②所示。根据直线分析可知（）
答：冷 PTC 熨斗比普通熨斗加热速度更快。
B.PTC烙铁能自动控温，温度稳定在T0~T6之间
C.PTC烙铁可自动控温，温度稳定在T6、T7之间
D.PTC烙铁不能自动控温
【方法与知识见解】
对于热敏电阻、光敏电阻或者金属热电阻，需要根据它们的阻值随温度或者光照条件变化而变化的特性，结合欧姆定律以及电功率的计算公式来进行分析判断。
题型三：继电器控制电路设计
例3 光敏电阻广泛应用于各种自动化装置中，例如路灯的自动控制。如图所示为一个仿真电路，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯。将其接入正确的电路，实现日出时灯灭，日落时灯亮的效果。
【方法与知识见解】
要回答继电器控制电路的设计问题，需要明确以下两个问题：
（1）了解两种电路：控制电路（由直流电源、光敏电阻或热敏电阻、继电器等组成的闭合回路）和主电路（继电器吸合衔铁，控制主电路的通断）。
（2）明确控制关系：光敏电阻（或热敏电阻）控制继电器中的电流，继电器电流的增加吸引衔铁移动，控制主电路的开关（打开或关闭）。
课后练习：
1、如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻。当照射光的强度增加时（ ）
A.电压表读数增加
B. R2中的电流减小
C.小灯泡的功率增大
D.电路两端电压升高
2、如图所示，这是一个测量液位的传感器，在线芯外面包一层绝缘材料，放在导电液体中，线芯与导电液体组成了电容的两极，这两极接在外电路中，当外电路中电流发生变化时，表现为电容值增加，导电液体的深度h变化为（ ）
A. h增加
B. h 减少
C. h 保持不变
D.无法确定
3、家用电热蚊香器的电加热部分主要元件是PTC元件。PTC元件是用钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图所示。由于这一特性，PTC元件具有加热和控温双重功能。下列说法正确的是（ ）
A.通电后其功率先增大后减小
B.通电后，其功率先减小后增大
C.当产生的热量等于耗散的热量时留学之路，
温度在t1和t2之间保持恒定。
D.当产生的热量等于耗散的热量时，温度在t1或t2时刻保持不变
4、如图所示，电源两端电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管（电流越大，光越强），R、D之间距离恒定。下列说法正确的是（ ）
A、滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大
B、滑动触头向左移动时，L消耗的功率减小
C.滑动触头向右移动时，L所消耗的功率可能保持不变
D.不管滑动触头怎样移动，L所消耗的功率始终保持不变
5、如图所示，M为小型理想变压器，端子a、b接正弦交流电源，电压u=（V）。变压器右侧为火灾报警系统示意图，其中R2为半导体传感器，采用热敏材料制成。电流表A2为值班室内的显示器，显示通过R1的电流。电压表V2显示加在报警器上的电压（报警器未显示）。R3为一定阻值的电阻。当传感器R2检测到您所在位置发生火灾时，下列说法正确的是（ ）
A、A1的读数保持不变，而A2的读数增加。
B、V1的读数保持不变，而V2的读数减小。
C.V1的读数增大，V2的读数也增大
D、A1的读数增加，A2的读数也增加。
6、位移传感器工作原理演示如图所示，当物体M在导轨上作水平运动时，带动滑动变阻器的金属滑杆P，电压表显示的数据就反映物体位移的大小x。设电压表为理想电压表，若下列说法正确的是（ ）
A.当物体M移动时，电源中的电流将发生变化
B.当物体M移动时，电压表的读数会发生变化
C.当物体M静止时，电路中没有电流
D. 当物体M不动时，电压表无读数。
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