第十章交变电流传感器实验十一传感器的简单应用

来源：网络收集时间：2025-12-31

导读：第十章交变电流传感器实验十一传感器的简单应用要点归纳【实验目的】 1.体会传感器在实际生活中的应用. 2.了解斯密特触发器的工作特点,能够分析光控电路和温控电路的工作原理.【实验原理】 1.原理:通过对某一物理量敏感的元件,将感受到的物理量按一定

第十章交变电流传感器

实验十一传感器的简单应用要点归纳【实验目的】

1.体会传感器在实际生活中的应用. 2.了解斯密特触发器的工作特点,能够分析光控电

路和温控电路的工作原理.【实验原理】

1.原理:通过对某一物理量敏感的元件,将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量.例如,光电传感器利用光敏电阻将光信号转换成电信号;热电传感器利用热敏电阻将温度信号转换成电信号.

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2.传感器的分类:目前对传感器尚无一个统一的分类方

法,常用的分类方法有两个:(1)按输入量分类,如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时,相应的传感器称为

温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器. (2)按传感器的工作原理分类,可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等.

3.传感器的元件:制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等.

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(1)光敏电阻:光敏电阻能把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量. ①特性:光敏电阻在被光照射时电阻发生变化.光照增强,电阻变小;光照减弱,电阻增大. ②工作原理:光敏电阻是用半导体材料制成的,硫化镉在无光时,载流子(导电电荷)极少,导电性能不好;随着光照的增强,载流子也增多,导电性能变好. (2)热敏电阻和金属热电阻:热敏电图1 阻或金属热电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量. ①特性:金属的电阻率随温度的升高而增大,用金属丝可以制作温度传感器,称为热电阻.有些半导体,电阻率随温度的变化非常明显;温度上升时,有些半导体的导电能力增强.

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②电阻——温度特性曲线(如图1所示)a金属导线;b热敏电阻.

3.霍尔元件:霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量.①特性:霍尔电压UH= k

IB d

,式中d为薄片的厚度,k为

霍尔系数,它的大小与薄片的材料有关.一个霍尔元件的d、k为定值,再保持I恒定,则UH的变化就与B成

正比(如图2所示).

图2

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②工作原理:外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力,在

导体板的一侧聚集,在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷,从而形成横向电场;横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力.当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板左右两侧会形成稳定的电压.【实验器材】

斯密特触发器、光敏电阻、发光二极管(LED)、

可变电阻、定值电阻、热敏电阻、蜂鸣器、集成电路实验板.【注意事项】

由于集成电路允许通过的电流较小,要用白炽灯泡模仿路灯,就要使用继电器来启闭工作电路.

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典例剖析【例1】

如图5甲是某同学设计的电容式速度传感器原理图,其中上板为固定极板,下板为待测物体,在两极

板间电压恒定的条件下,极板上所带电荷量Q将随待测物体的上下运动而变化.若Q随时间t的变化关系为 Q=b t a

(a、b为大于零的常数),其图象如图乙所

示,那么图丙、图丁中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是 ( )

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图3

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A.①和③

B.①和④

C.②和③

D.②和④

思路点拨本题解题的关键点是 (1)电容器的基本公式U= (2)匀强电场中满足E=U d Q C

(3)根据函数确定图象大致形状.

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解析Q

平行板电容器间电压恒定,板间场强E=d 4 π kQ

U d

Q Cd

S4 π kd

,故E∝Q,即E∝ S4 π kD

b t a

,故②可能正确.

板间电荷量Q=UC=U

U S 4 π kd

,与已知Q随时间的

变化关系对比可知d∝(t+a),即待测物体的运动为匀速运动,故③可能正确. 答案 C

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变式练习1 如图4所示是电饭锅的结构,试回答下列问题:

图4 (1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？ (2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度? 为什么?

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(3)饭熟后,水分被大米吸收.锅底的温度会有什么变化?这时电饭锅会自动地发生哪些动作? (4)如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电?为什么?

答案

(1)开始煮饭时压下手动开关,使永磁体和感温

磁体吸合,以保持触点接触,接通电热电路;手松开后这个按钮不会恢复到图示状态,因为永磁体与感温磁体相互吸引,弹簧的弹力不能使永磁体恢复原状态. (2)水沸腾后,锅内的温度应大致保持在100℃,因为水

的沸点是100℃,此时水分未被米吸收完,锅内水分较充足,所以能保持一段时间.

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(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度会由100℃升到103℃,达到居里点,此时开关按钮会自动弹起,断开加热电路,进入保温状态.因为锅底温度达到103℃时,感温磁体失去磁性,永磁体再不能与它吸合,在弹簧的作用下,开关按钮恢复初始状态.

(4)如果用电饭锅烧水,水沸腾后不能自动断电,因为水沸腾的温度是100℃,而不能达到103℃(居里点),水将一直沸腾直到烧干.

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【例2】如图5所示,图甲为热敏电阻的R—t图象,图乙

为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路,继电器的电阻为100 Ω.当线圈的电流大于或等于 20 mA时,继电器的衔铁被吸合.为继电器线圈供电的电池的电动势E=9.0 V,内阻可以不计.图中的“电源”是恒温箱加热器的电源.问:

图5

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(1)应该把恒温箱内的加热器接在端或“C、D”端).

(填“A、B”

(2)如果要使恒温箱内的温度保持50℃,可变电阻R′的阻值应调节为 Ω.

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解析

恒温箱内的加热器应接在A、B

端.当线圈中的电

流较小时,继电器的衔铁在上方,恒温箱的加热器处于工作状态,恒温箱内温度升高.

随着恒温箱内温度升高,热敏电阻R的阻值变小,则线圈中的电流变大,当线圈的电流大于或等于20 mA时,继电器的衔铁被吸到下方来,则恒温箱加热器与电源断开, 加热器停止工作,恒温箱内温度降低. 随着恒温箱内温度降低,热敏电阻R的阻值变大,则线圈中的电流变小,当线圈的电流小于20 mA时,继电器的衔铁又被释放到上方,则恒温箱加热器又开始工作,这样

第十章交变电流传感器

就可以使恒温箱内保持在某一温度. 要使恒温箱内的温度保持50℃,即50℃时线圈内的电流为20 mA.由闭合电路欧姆定律I =E r R R

,r为继电器

的电阻.由图甲可知,50℃时热敏电阻的阻值为90 Ω, 所以R′= 答案E I

-R-r=260 Ω. (2)260

(1)A、B端

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变式练习2 传感器担负着信息的采集任务,在自动控制

中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热敏传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻.热敏电 …… 此处隐藏：2234字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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