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高中物理 17 年級選修課 3-2:-2
第 5 章 交流電
第 9 課：傳感器的簡單應用
課程代碼：-2
1. 傳感器
傳感器是一種能感受力、溫度、光、聲音、化學成分等，并能按照一定的規律轉換成電流、電壓等或電路的通斷狀態的元器件。
2. 制造傳感器所需的組件
1、光敏電阻：光敏電阻受光照射時高中物理霍爾元件原理，其阻值會發生變化，當光照增加時，阻值減小，當光照減少時，阻值增大。
2、金屬熱電阻和熱敏電阻：金屬的電阻率隨溫度升高而增大。用金屬絲可制成溫度傳感器，稱為熱電阻。與金屬不同，某些半導體的電導率隨溫度升高而降低。熱電阻的阻值隨溫度升高而減小。半導體材料可用來制成熱敏電阻。與熱敏電阻相比，金屬熱電阻化學穩定性好，測溫范圍寬，但靈敏度較差。
3、霍爾元件：是一種能把磁量磁感應強度轉換成電氣量電壓的傳感器元件。
如圖所示，出現在M、N之間的電壓稱為霍爾電壓UH，UH=kIB/d，其中d為薄片厚度，k為霍爾系數，由薄片的材料決定。
3.傳感器的分類
序列號
分類方法
傳感器類型
闡明
按投入量分類
位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等。
傳感器是根據被測量的物理量來命名的。
按工作原理分類
應變計、電容式、電感式、熱電式、電壓式
傳感器以其工作原理命名
按輸出信號分類
模擬傳感器
數字傳感器
輸出分別為
偽信號、數字信號
4. 傳感器應用的一般模式
問題類型 1：機電傳感器的應用
例1.如圖所示為某大型電子地磅電路圖，電源電動勢為E，內阻可忽略不計。當沒有稱量物體時，滑塊P在A端，接在電路中的滑動變阻器的有效電阻最大，電流最小；稱量物體時，滑塊P在壓力作用下向下滑動，滑動變阻器的有效電阻減小，電流增大。這樣，在表盤上刻出與電流相對應的重量值，即可讀出被稱物體的重量。可變電阻上A、B兩點間的距離為L，其最大阻值等于固定電阻R0的阻值。已知兩彈簧的總彈力與變形量成正比，比例系數為k。則稱量物體的重量G與電流I的大小的關系為（）
A.G = 2kL-EKL/IR0
B.G = kL
C.G＝E/IR0+kL
D.G＝kIL
【方法與知識見解】
機電傳感器電路中關鍵元器件有滑動電阻、電容、彈簧等，回答此類問題的關鍵是：滑塊移動的距離、電容極板間的距離以及機械物理量之間的關系。
機電傳感器機電連接圖：
題型二：熱敏電阻、光敏電阻特性的理解及應用
例2 一般電熨斗采用合金絲作為發熱元件，合金絲的電阻與溫度T的關系如圖中實線①所示，由于環境溫度不同，被熨衣物的厚度、濕度不同，熨斗的散熱功率也不同，所以熨斗的溫度可能在很大的范圍內波動，容易損壞衣物。有一種電熨斗采用一種叫“PTC”的特殊材料作為發熱元件，其主要成分是鈦酸鋇，PTC材料的電阻隨溫度的變化，其變化關系如圖中實線②所示。根據直線分析可知（）
答：冷 PTC 熨斗比普通熨斗加熱速度更快。
B.PTC烙鐵能自動控溫，溫度穩定在T0~T6之間
C.PTC烙鐵可自動控溫，溫度穩定在T6、T7之間
D.PTC烙鐵不能自動控溫
【方法與知識見解】
對于熱敏電阻、光敏電阻或者金屬熱電阻，需要根據它們的阻值隨溫度或者光照條件變化而變化的特性，結合歐姆定律以及電功率的計算公式來進行分析判斷。
題型三：繼電器控制電路設計
例3 光敏電阻廣泛應用于各種自動化裝置中，例如路燈的自動控制。如圖所示為一個仿真電路，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。將其接入正確的電路，實現日出時燈滅，日落時燈亮的效果。
【方法與知識見解】
要回答繼電器控制電路的設計問題，需要明確以下兩個問題：
（1）了解兩種電路：控制電路（由直流電源、光敏電阻或熱敏電阻、繼電器等組成的閉合回路）和主電路（繼電器吸合銜鐵，控制主電路的通斷）。
（2）明確控制關系：光敏電阻（或熱敏電阻）控制繼電器中的電流，繼電器電流的增加吸引銜鐵移動，控制主電路的開關（打開或關閉）。
課后練習：
1、如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻。當照射光的強度增加時（ ）
A.電壓表讀數增加
B. R2中的電流減小
C.小燈泡的功率增大
D.電路兩端電壓升高
2、如圖所示，這是一個測量液位的傳感器，在線芯外面包一層絕緣材料，放在導電液體中，線芯與導電液體組成了電容的兩極，這兩極接在外電路中，當外電路中電流發生變化時，表現為電容值增加，導電液體的深度h變化為（ ）
A. h增加
B. h 減少
C. h 保持不變
D.無法確定
3、家用電熱蚊香器的電加熱部分主要元件是PTC元件。PTC元件是用鈦酸鋇等半導體材料制成的電阻器，其電阻率與溫度的關系如圖所示。由于這一特性，PTC元件具有加熱和控溫雙重功能。下列說法正確的是（ ）
A.通電后其功率先增大后減小
B.通電后，其功率先減小后增大
C.當產生的熱量等于耗散的熱量時留學之路，
溫度在t1和t2之間保持恒定。
D.當產生的熱量等于耗散的熱量時，溫度在t1或t2時刻保持不變
4、如圖所示，電源兩端電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，D為發光二極管（電流越大，光越強），R、D之間距離恒定。下列說法正確的是（ ）
A、滑動觸頭向左移動時，L消耗的功率增大
B、滑動觸頭向左移動時，L消耗的功率減小
C.滑動觸頭向右移動時，L所消耗的功率可能保持不變
D.不管滑動觸頭怎樣移動，L所消耗的功率始終保持不變
5、如圖所示，M為小型理想變壓器，端子a、b接正弦交流電源，電壓u=（V）。變壓器右側為火災報警系統示意圖，其中R2為半導體傳感器，采用熱敏材料制成。電流表A2為值班室內的顯示器，顯示通過R1的電流。電壓表V2顯示加在報警器上的電壓（報警器未顯示）。R3為一定阻值的電阻。當傳感器R2檢測到您所在位置發生火災時，下列說法正確的是（ ）
A、A1的讀數保持不變，而A2的讀數增加。
B、V1的讀數保持不變，而V2的讀數減小。
C.V1的讀數增大，V2的讀數也增大
D、A1的讀數增加，A2的讀數也增加。
6、位移傳感器工作原理演示如圖所示，當物體M在導軌上作水平運動時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿P，電壓表顯示的數據就反映物體位移的大小x。設電壓表為理想電壓表，若下列說法正確的是（ ）
A.當物體M移動時，電源中的電流將發生變化
B.當物體M移動時，電壓表的讀數會發生變化
C.當物體M靜止時，電路中沒有電流
D. 當物體M不動時，電壓表無讀數。
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