5《第五章 傳感器》高考復(fù)習(xí)之課本基礎(chǔ)模型拓展、創(chuàng)新

第五章傳感器高考復(fù)習(xí)之課本基礎(chǔ)模型拓展、創(chuàng)新肖振強制作第五章傳感器本章課本模型目錄本章課本模型目錄本章課本模型目錄傳感器介紹熱敏電阻特性的實驗研究電熨斗干簧管電阻應(yīng)變片電子秤干簧管--門窗防盜報警裝置電容式位移傳感器半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器電容式話筒電感式微小位移傳感器光敏電阻霍爾元件光敏電阻--光控繼電器溫度傳感器火災(zāi)報警器加速度傳感器金屬熱電阻和熱敏電阻雙金屬溫度傳感器出處：《第一節(jié)認(rèn)識傳感器》P92、P93把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制。傳感器介紹出處：《第一節(jié)認(rèn)識傳感器》P91傳感器介紹1.“聲控—光控”開關(guān)：開關(guān)會感知環(huán)境的明暗和聲音的強弱，只有環(huán)境的亮度低于某一數(shù)值，同時聲強高于某一數(shù)值時，聲控—光控開關(guān)才會接通，燈才會亮。2.紅外線傳感器：當(dāng)人走近時，可以檢測出人體向外輻射的紅外線，從而發(fā)出使自動門開關(guān)啟動的命令。3.便攜式酒精檢測儀：裝有“乙醇傳感器”，它能感知乙醇的濃度。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制。出處：《第一節(jié)認(rèn)識傳感器》P91干簧管玻璃管內(nèi)封入了兩個軟磁性材料制成的簧片。當(dāng)磁體靠近干簧管時（圖5.1-1乙），兩個簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用，操縱開關(guān)的是磁場這只看不見的“手”。干簧管是一種能夠感知磁場的傳感器。把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。出處：《第三節(jié)利用傳感器制作簡單的自動控制裝置》P103干簧管--門窗防盜報警裝置圖5.3-1是一個簡單的門窗磁控防盜報警裝置示意圖。門的上沿嵌入一小塊永磁體M，門框內(nèi)與M相對的位置嵌入干簧管SA，并將干簧管接入報警電路。干簧管可將門與門框的相對位置這一非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷。閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K，使繼電器工作。繼電器的動觸點c與常開觸點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)門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電。繼電器的動觸點c與常閉觸點b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報警。干簧管在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用，繼電器則相當(dāng)于一個自動的雙向開關(guān)。出處：《第一節(jié)認(rèn)識傳感器》P95電容式話筒話筒的振動膜片涂有薄薄的金屬層，膜片后相距幾十微米有一個金屬片（固定電極），它們構(gòu)成電容器的兩個極板。電容式話筒利用電容器的電容與極板間距離的關(guān)系來工作。能夠?qū)⒙曇粜盘栟D(zhuǎn)換為電信號的傳感器。出處：《第二節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用》P97、P98光敏電阻光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化，原因是：硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能差；隨著光照的增強，載流子增多，導(dǎo)電性變好。光敏電阻能夠把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。出處：《第三節(jié)利用傳感器制作簡單的自動控制裝置》P107光敏電阻--光控繼電器工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動時，稍有不慎就會把手壓在里面，造成工傷事故，工廠中大都是利用光電控制設(shè)備來避免事故發(fā)生的。如圖5.3-8所示為光控繼電器的示意圖，它由電源、光電二極管（當(dāng)有光照射時，二極管導(dǎo)通，沒有光照時，二極管截止）、放大器、電磁繼電器等幾部分組成。這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險區(qū)域時，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即帶動開關(guān)，使機(jī)床停止工作，避免事故發(fā)生。請簡述光控繼電器的原理。出處：《第三節(jié)利用傳感器制作簡單的自動控制裝置》P105光敏電阻--光控開關(guān)

出處：本章B組題P109光敏電阻--光控開關(guān)

出處：本章B組題P109火災(zāi)報警器許多會議室和賓館房間的天花板上都裝有火災(zāi)報警器。有一種火災(zāi)報警器是利用煙霧對光的散射來工作的。如圖5-4所示，帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管（也是一種晶體管，有三個電極，當(dāng)光照強弱變化時，電極間的電阻隨之變化）和不透明的擋板。平時，光電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小。與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發(fā)出警報。出處：《第二節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用》P98金屬熱電阻和熱敏電阻金屬熱電阻和熱敏電阻都能夠把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，常用的一種熱電阻是用鉑制作的，可用來做電阻溫度計。有些半導(dǎo)體在溫度上升時導(dǎo)電能力增強，因此可以用半導(dǎo)體材料制作熱敏電阻。與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差。出處：課題研究P114熱敏電阻特性的實驗研究如圖研-5，把熱敏電阻浸在水中（應(yīng)保證熱敏電阻的電極與水絕緣），將熱敏電阻的兩根引線與多用電表的表筆相連，把多用電表調(diào)在電阻擋測量熱敏電阻的阻值。通過加兌熱水改變水溫，測量不同溫度下熱敏電阻的阻值，繪制電阻－溫度曲線，描述熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律。出處：《第二節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用》P99、P100電阻應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片：金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變（伸長或縮短）時，其電阻隨著它所受機(jī)械形變的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片：當(dāng)單晶半導(dǎo)體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為壓阻效應(yīng)。電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個應(yīng)變片。在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面應(yīng)變片的電阻變小。力F越大，彎曲形變越大，應(yīng)變片的電阻變化就越大。如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，那么上表面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下表面應(yīng)變片兩端的電壓變小。傳感器把這兩個電壓的差值輸出。力F越大，輸出的電壓差值也就越大。出處：《第二節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用》P101電容式位移傳感器如圖5.2-10所示，當(dāng)被測物體在左、右方向發(fā)生位移時，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動。如果測出了電容的變化，就能知道物體位置的變化。用什么方法可以檢測電容的變化？出處：《第二節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用》P102電感式微小位移傳感器圖5.2-14是一種電感式微小位移傳感器的原理圖。1是待測位移的物體，3是空心線圈，軟鐵芯2插在線圈3中并且可以隨著物體1在線圈中左右平移。這種傳感器可以把被測物體位移的大小轉(zhuǎn)換為線圈自感系數(shù)的大小，請定性說明它的工作原理，并嘗試設(shè)計與線圈3相連的電路。出處：《第二節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用》P101霍爾元件

把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量。出處：《第二節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用》P101霍爾元件

把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量。出處：本章B組題P110

霍爾元件出處：《第二節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用》P102溫度傳感器電飯鍋中應(yīng)用了溫度傳感器，它的主要元件是感溫鐵氧體，其特點是：常溫下感溫鐵氧體具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到約103℃時，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了。這個溫度在物理學(xué)中稱為該材料的“居里點”。電飯鍋的結(jié)構(gòu)如圖5.2-15所示，請結(jié)合溫度傳感器的特點回答以下問題：（1）開始煮飯時為什么要壓下開關(guān)按鈕？手松開后這個按鈕是否會恢復(fù)到圖示狀態(tài)？為什么？（2）煮飯時水沸騰后鍋內(nèi)還有一定水分時，為什么鍋的溫度會保持100℃而不會持續(xù)升高？（3）飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會有什么變化？這時電飯鍋會自動地發(fā)生哪些動作？（4）如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動斷電？出處：《第三節(jié)利用傳感器制作簡單的自動控制裝置》P107加速度傳感器某同學(xué)設(shè)計了一個加速度計，如圖5.3-6所示。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移，滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著；R為滑動變阻器，4是滑動片，它與電阻器任一端之間的電阻值都與它到這端的距離成正比。這個裝置就是一個加速度傳感器。兩個電池E的電壓相同。按圖連接電路后，電壓表指針的零點位于表盤中央，當(dāng)P端的電勢高于Q端時，指針向零點右側(cè)偏轉(zhuǎn)。將框架固定在運動的物體上，當(dāng)物體具有圖示方向的加速度a時，電壓表的指針將向哪個方向偏轉(zhuǎn)?簡述你分析的過程。出處：《第三節(jié)利用傳感器制作簡單的自動控制裝置》P107雙金屬溫度傳感器雙金屬溫度傳感器是將兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬貼合在一起制成的。當(dāng)它溫度升高時，兩種金屬伸長不一樣而發(fā)生彎曲變形，使觸點接通或斷開。日光燈啟動器里就有一個雙金屬溫度傳感器（圖5.3-7）。取一個報廢的日光燈啟動器，去掉外殼，在充有氖氣的玻璃泡內(nèi)，有一個U形的雙金屬片，其旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對觸點。常溫下兩觸點是分離的，溫度升高時，雙金屬片因形變而與金屬絲接觸。敲碎氖泡的玻璃，調(diào)節(jié)兩觸點之間的距離，使溫度升高到60℃時兩觸點恰好接通。請你利用這個雙金屬溫度傳感器，設(shè)計一個電熱水器自動加熱的控制方案。當(dāng)水溫低于60℃時自動通電加熱，高于60℃時自動斷電。出處：本章A組題P108電熨斗圖5-2為電熨斗構(gòu)造的示意圖，其中溫度敏感元件是雙金屬片，在溫度升高時上層金屬的膨脹大于下層金屬，可造成雙金屬片的形變。觀察電熨斗的構(gòu)