【課件】利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置

§5.3利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置

上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了溫度傳感器、光傳感器及其工作原理。請(qǐng)大家回憶一下我們學(xué)了哪些具體的溫度、光傳感器？天花板上的火災(zāi)報(bào)警器電飯鍋鼠標(biāo)器非接觸式紅外測(cè)溫儀盒子里面有什么裝置？原理：當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開(kāi)關(guān)的作用！實(shí)驗(yàn)1、門(mén)窗防盜報(bào)警裝置實(shí)驗(yàn)1、門(mén)窗防盜報(bào)警裝置實(shí)驗(yàn)1、門(mén)窗防盜報(bào)警裝置實(shí)驗(yàn)1、門(mén)窗防盜報(bào)警裝置基本元件及參數(shù)實(shí)驗(yàn)器材和裝置實(shí)驗(yàn)1、門(mén)窗防盜報(bào)警裝置

閉合電路開(kāi)關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門(mén)窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個(gè)簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K，使繼電器工作。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常開(kāi)觸點(diǎn)a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，顯示電路處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)門(mén)窗開(kāi)啟時(shí)，磁體離開(kāi)干簧管，干簧管失磁斷開(kāi)，繼電器被斷電。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警。干簧管在電路中起傳感器和控制開(kāi)關(guān)的作用，繼電器則相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)的雙向開(kāi)關(guān)。電路工作原理實(shí)驗(yàn)1、門(mén)窗防盜報(bào)警裝置實(shí)驗(yàn)操作（1）連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管，觀察簧片能否正常動(dòng)作。（2）確定各元件可以正常工作后，按照?qǐng)D所示連接電路。（3）接通電源后，將磁體靠近和離開(kāi)干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)2、光控開(kāi)關(guān)①工作原理

白天，光強(qiáng)度較大，光敏電阻RG電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較低，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到一定程度時(shí)，RG的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個(gè)值（1.6V），輸出端Y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光（相當(dāng)于路燈亮了），這樣就達(dá)到了使路燈天明熄滅，天暗自動(dòng)開(kāi)啟的目的．思考與討論1、要想在天更暗時(shí)路燈才會(huì)亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些？為什么？

應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達(dá)到某個(gè)值（如1.6V），就需要RG的阻值達(dá)到更大，即天色更暗。2、用白熾燈模仿路燈，為何要用到繼電器？

由于集成電路允許通過(guò)的電流較小，要用白熾燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來(lái)啟閉工作電路．如下圖所示。

實(shí)驗(yàn)2、光控開(kāi)關(guān)①電磁繼電器的工作原理

當(dāng)線圈A中通電時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引銜鐵B向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)D向下與E接觸，將工作電路接通，當(dāng)線圈A中電流為零時(shí)，電磁鐵失去磁性，銜鐵B在彈簧作用下拉起，帶動(dòng)觸點(diǎn)D與E分離，自動(dòng)切斷工作電路．實(shí)驗(yàn)2、光控開(kāi)關(guān)①控制電路的工作原理

天較亮?xí)r，光敏電阻RG阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)較低，則輸出端Y輸出高電平，線圈中無(wú)電流，工作電路不通；天較暗時(shí)，光敏電阻RG電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)升高，當(dāng)升高到一定值，輸出端Y由高電平突然跳到低電平，有電流通過(guò)線圈A，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動(dòng)開(kāi)啟；天明后，RG阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)逐漸降低，降到一定值，輸出端Y突然由低電平跳到高電平，則線圈A不再有電流，則電磁繼電器自動(dòng)切斷工作電路的電源，路燈熄滅．實(shí)驗(yàn)2、光控開(kāi)關(guān)①實(shí)驗(yàn)2、光控開(kāi)關(guān)①實(shí)驗(yàn)2、光控開(kāi)關(guān)①光敏電阻在各種自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用，其中就可用于街道路燈的自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，如圖所示為模擬電路，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，請(qǐng)連成正確的電路，達(dá)到日出燈熄，日落燈亮的效果．當(dāng)天亮?xí)r，光敏電阻減小，控制回路電流增大，電磁繼電器B工作，觸點(diǎn)斷開(kāi)，路燈熄滅夜晚降臨，光敏電阻增大．控制回路電流減小，觸點(diǎn)接通，路燈點(diǎn)亮．1三極管由三個(gè)電極組成，分別是發(fā)射極e，基極b和集電極c。有NPN型和PNP型兩種（圖）。

三極管的一個(gè)重要特性是，從基極輸入一個(gè)較小的電流，就會(huì)在集電極獲得較大的電流。三極管還具有完成斷路和接通的開(kāi)關(guān)作用。實(shí)驗(yàn)2、光控開(kāi)關(guān)②

當(dāng)基極電壓達(dá)到一定程度后，三極管被導(dǎo)通，從而使得由電源正極經(jīng)電阻R2、發(fā)光二極管、三極管集電極和發(fā)射極到達(dá)電源負(fù)極的回路被導(dǎo)通?？烧{(diào)電阻R1的作用是調(diào)整設(shè)定電路對(duì)周邊光亮度的反應(yīng)，在電路中能夠控制三極管的基極電流。如果把R1阻值調(diào)得更大些，就會(huì)在天更暗時(shí)才點(diǎn)亮路燈。實(shí)驗(yàn)2、光控開(kāi)關(guān)②

為了能夠驅(qū)動(dòng)更大功率的負(fù)載，如采用小燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來(lái)啟、閉另外的供電電路，如圖乙中K為繼電器的線圈，S為它的常開(kāi)觸點(diǎn)。為了防止繼電器釋放銜鐵時(shí)線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)損壞三極管，必須給線圈并聯(lián)一只二極管D，以提供自感電流釋放的通路。實(shí)驗(yàn)2、光控開(kāi)關(guān)②實(shí)驗(yàn)2、光控開(kāi)關(guān)②基本元件及參數(shù)實(shí)驗(yàn)2、光控開(kāi)關(guān)②電路工作原理

當(dāng)環(huán)境光比較弱時(shí)，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電極電流，點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L。

當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路，即發(fā)光二極管不工作；繼電器處于常開(kāi)狀態(tài)，小燈泡L不亮。（1）按照?qǐng)D所示連接電路，檢查無(wú)誤后，接通電源。（2）讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。（3）遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時(shí)，就會(huì)看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。（4）讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí)，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。實(shí)驗(yàn)2、光控開(kāi)關(guān)②實(shí)驗(yàn)操作如圖為煙霧散射式火災(zāi)報(bào)警器，它主要由帶孔的外罩，發(fā)光二極管LED、光電三極管及不透明的擋板組成，請(qǐng)簡(jiǎn)述它的工作原理．有煙霧時(shí)無(wú)煙霧時(shí)擋板遮擋收不到光高電阻光線散射光線照射到三極管電阻變小傳感器檢測(cè)到變化報(bào)警2實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗

原理:熱脹冷縮常溫下兩觸點(diǎn)分離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點(diǎn)接觸。1.雙金屬片溫度傳感器

實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗原因：雙金屬片銅的膨脹系數(shù)大于鐵實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗1.雙金屬片溫度傳感器

實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗2.雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗思考與討論：①常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？

答：常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過(guò)高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的作用．實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗思考與討論：②熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)的？

答：熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過(guò)調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的．實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗如圖所示是自動(dòng)調(diào)溫式電熨斗，下列說(shuō)法正確的是(

)A．常溫時(shí)上下觸點(diǎn)是接觸的B．雙金屬片溫度升高時(shí)，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲C．原來(lái)溫度控制在80℃斷開(kāi)電源，現(xiàn)要求60℃斷開(kāi)電源，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些D．由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些切斷溫度要升高則應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些2回顧在家煮飯的過(guò)程？實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋1溫度傳感器的主要元件是什么？

感溫鐵氧體

2感溫鐵氧體的組成物質(zhì)是什么？

氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成

3感溫鐵氧體有何特點(diǎn)？什么是“居里點(diǎn)”？

常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，溫度達(dá)到103℃，失去鐵磁性．

居里點(diǎn)，又稱居里溫度，即指103℃。實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋思考與討論:電飯鍋的構(gòu)造實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋1開(kāi)始煮飯時(shí)，用手壓下開(kāi)關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開(kāi)后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)。2水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持100℃不變。3飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103℃”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開(kāi)，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱．思考與討論:4如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100℃不變，溫度低于“居里點(diǎn)103℃”，電飯鍋不能自動(dòng)斷電。只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動(dòng)斷電。實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋1.連貫地?cái)⑹鲭婏堝伒墓ぷ鬟^(guò)程?

開(kāi)始煮飯時(shí)，用手壓下開(kāi)關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開(kāi)后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)，則觸點(diǎn)接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內(nèi)保持100℃不變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，直到飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103℃”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開(kāi)，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱．實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋電熨斗電飯鍋敏感元件______________________工作原理溫度變化時(shí)，由于雙金屬片上層金屬與下層金屬的________不同，雙金屬片發(fā)生彎曲從而控制電路的通斷(1)居里溫度：感溫鐵氧體常溫下具有鐵磁性，溫度上升到約103℃時(shí)，失去_______，這一溫度稱為“居里溫度”(2)自動(dòng)斷電原理：用手按下開(kāi)關(guān)通電加熱，開(kāi)始煮飯，當(dāng)鍋內(nèi)加熱溫度達(dá)到103℃時(shí)，鐵氧體失去磁性，與永久磁鐵失去吸引力，被彈簧片彈開(kāi)，從而推動(dòng)杠桿使觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)如圖是電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖，如果感溫磁體的“居里溫度”為103℃時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．常溫下感溫磁體具有較強(qiáng)的磁性B．當(dāng)溫度超過(guò)103℃時(shí)，感溫磁體的磁性較強(qiáng)C．飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)超過(guò)103℃，這時(shí)開(kāi)關(guān)按鈕會(huì)跳起D．常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不可能達(dá)到103℃，開(kāi)關(guān)按鈕就不會(huì)自動(dòng)跳起3門(mén)窗防盜報(bào)警裝置光控開(kāi)關(guān)傳感器的應(yīng)用實(shí)例1.如圖是利用光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)的示意圖，其中A是發(fā)光儀器，B是接收光信號(hào)的儀器，B中的主要元件是光電傳感器——光敏電阻。試簡(jiǎn)要敘述自動(dòng)計(jì)數(shù)的原理。鞏固練習(xí)解答：傳送帶上沒(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變小，供給信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓變低；當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變大，供給信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓變高。這種高低交替變化的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)的處理，就會(huì)自動(dòng)將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能。鞏固練習(xí)2.煙霧散射式火災(zāi)報(bào)警器內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板。平常光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)_________電阻狀態(tài)。當(dāng)有煙霧時(shí)因其對(duì)光的散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變_________。與傳感器連接的電路檢測(cè)出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。高小鞏固練習(xí)3.在電熨斗中裝有雙金屬片溫度傳感器，請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述一下電熨斗如何自動(dòng)控制溫度。解答：雙金屬片的膨脹系數(shù)不同，上層金屬的膨脹系數(shù)大于下層的金屬。當(dāng)溫度變化時(shí)，由于雙金屬片的膨脹系數(shù)不同從而控制電路的通斷，以達(dá)到控制溫度的目的。鞏固練習(xí)4、唱卡拉OK用的話筒,內(nèi)有傳感器.其中有一種是動(dòng)圈式的,它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈,線圈處于永磁體的磁場(chǎng)中,當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí),就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào).下列說(shuō)法正確的是()A.該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B.該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C.膜片振動(dòng)時(shí)，穿過(guò)金屬線圈的磁通量不變D.膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B鞏固