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一
二
三
专题二 传感器的应用
1.传感器问题涉及知识点多、综合性强、能力要求高。传感器的形式 又多种多样,其原理有的还较难理解,因此搞清传感器的工作原理及过程是 求解问题的关键。在处理实际问题时,应注意被测量和转换量之间的关系。 传感器一般把被测量转换成电学量,因此往往与敏感元件构成电路。 认真分 析电路结构和各种敏感元件的特性,注意生活中的一些实例,开阔视野,才能 对具体问题灵活处理。 2.常见传感器:日常生产、生活中常见传感器有:温度传感器、光敏传 感器、压力传感器、红外线传感器、位移传感器等。
一
二
三
【例题 3】 如图所示,A 是浮子,B 是金属触头,C 为住宅楼房顶上的蓄水 池,M 是带水泵的电动机,D 是弹簧,E 是衔铁,F 是电磁铁,S1、S2 分别为触点 开关,S 为开关,J 为电池。 请利用上述材料,设计一个住宅楼房顶上的自动注 水装置。
(1)连接电路图。 (2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。
传 感 器
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二
三
专题一
传感器的工作原理
1.传感器感受的通常是非电学量,如力、热、磁、光、声等,而它输出的 通常是电学量,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制 系统产生各种控制动作,传感器原理如框图所示: 非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量
2.常见敏感元件及特性 (1)光敏电阻:光敏电阻在被光照射时电阻发生变化,光照增强电阻减小, 光照减弱电阻增大。 (2)热敏电阻和金属热电阻:金属热电阻的电阻率随温度升高而增大,热 敏电阻有正温度系数电阻、负温度系数电阻两种。正温度系数的热敏电阻 的阻值随温度升高而增大,负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减 小。 (3)霍尔元件:能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元 件,UH=k 。
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点拨:热敏电阻在温度较高时阻值较小,此时与之串接的电路电流较大, 只有流过继电器的电流增大到恰当值,才会使继电器工作使 c、d 闭合。 解析:由图甲可以看出热敏电阻的阻值随温度升高而降低,是负温度系 数的热敏电阻,设计的控制电路如图所示。当温度低于某一值时,热敏电阻 的阻值较大,流过电磁铁的电流较小,a、 b 为常闭触点,连接上绿灯,绿色指示 灯亮。 当温度高于这一值时,热敏电阻的阻值较小,流过电磁铁的电流较大,c、 d 被闭合,连接上红灯,红色指示灯亮。滑动变阻器作限流式连接,通过调节 满足热敏电阻对某一温度的控制。控制电路如图所示。
本章整合
概念:能把非电学量转换成电学量或电路通断的元件 光敏电阻:光照强时电阻小 敏感元件 热敏电阻:(负温度系数)温度高时电阻小 金属热电阻:温度高时电阻大 霍尔元件:磁信号→电信号 执行机构 应用模式:传感器→放大、转换电路 显示器 计算机系统 力传感器的应用——电子秤(应变片) 声传感器的应用——话筒 电熨斗(双金属片) 应用实例 温度传感器的应用 电饭锅(感温铁氧体) 测温仪(热敏电阻、金属热电阻、热电偶等) 温度报警器(热敏电阻) 鼠标器 光传感器的应用 火灾报警器 光控开关(斯密特触发器、光敏电阻)
IB d
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3.传感器应用的一般模式
一
二
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【例题 1】某些非电磁量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电 磁量来测量的。 如图甲所示,一平行板电容器的两个极板竖直放置在光滑的 水平平台上,极板的面积为 S,极板间的距离为 d,电容器的电容公式为 C=E (E 是常数但未知)。极板 1 固定不动,与 周围绝缘,极板 2 接地,且可在水平平台上滑 动,并始终与极板 1 保持平行。 极板 2 的侧边 与劲度系数为 k、自然长度为 L 的两个完全 相同的弹簧相连,两弹簧的另一端固定,弹簧 L 与电容器垂直。如图乙所示是这一装置的 应用示意图,先将电容器充电至电压为 U 后, 即与电源断开,再在极板 2 的右侧的整个表面上施以均匀向左的待测压强 p,使两极板之间的距离发生微小的变化,测得此时电容器的电压改变量为 ΔU。设作用在电容器极板 2 上的静电力不至于引起弹簧可测量到的形变, 试求待测压强 p。
S d
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解析:该题根据平行板电容器在电荷量不变的情况下,其两端电压随板 间距离变化而变化,从而把力学量(压强 p)转化为电学量(电压)来测量。 因为 U= ,C= ,U'= ΔU=U-U'=
Qd Qd' Q������d − = ES ES ES ES������U 所以 Δd= ,F=pS Q 2k������d 2kE������U 2kΔd=pS,p= = 。 S Q 2kE������U 答案: Q Q C ES d Q C'
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【例题 2】一热敏电阻阻值随温度变化的图象如图甲所示。请应用这 一热敏电阻自行设计一控制电路,当温度高于某一值后红色指示灯亮,而温 度低于这一值时绿色指示灯亮。
给你的器材有:如图乙所示的继电器一只(a、 b 为常闭触点,c、 d 为常开 触点)、热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿色指示灯各一个、两个独 立的电池组、开关两个、导线若干。
答案:见解析
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Hale Waihona Puke 二三专题三 自控电路的分析方法
传感器问题具有涉及知识点多、 综合性强、 能力要求高等特点,而传感 器的形式又多种多样,原理较难理解,搞清传感器的工作原理是求解问题的 关键。 1.确定传感器所感受到的物理量 传感器所感受到的物理量有力、热、磁、光、声等。 2.转换电路把输出转换成电学量信号 通过转换器件把敏感元件的输出转换成电学量信号,最后借助于转换 电路把电学量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的量。
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三
解析:(1)连接线路如图所示
(2)按图连接好电路,合上开关 S,水泵工作,水位升高,当浮子上升使 B 接 触到 S1 时,左侧电路(控制电路)工作,电磁铁 F 有磁力,拉下衔铁 E,使 S2 断开, 电动机 M 不工作,停止注水;当水位下降使 B 与 S1 脱离,电路停止工作,F 无 磁性,D 拉动 E,使 S2 接通,M 工作,两次注水。 答案:见解析
