实验12传感器的简单应用学案

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实验12传感器的简单应用学案

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5Y k J. c oM 实验12 传感器的简单应用
 
一、实验目的
1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性.
2.了解传感器的简单应用.
二、实验要求
(一)研究热敏电阻的热敏特性
1.实验原理:闭合电路的欧姆定律,用欧姆表进行测量和观察.
2.实验器材:NTC热敏电阻,多用电表,温度计,水杯、冷水和热水.
3.实验步骤
(1)按图所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理.
(2)把多用电表置于“欧姆”挡,并选择适当的量程测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数.
(3)向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值.
(4)将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录.
4.数据处理:在下图坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线.
 
5.实验结论:热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大,半导体热敏电阻也可以用作温度传感器.
(二)研究光敏电阻的光敏特性
1.实验原理:闭合电路的欧姆定律,用欧姆表进行测量和观察.
2.实验器材:光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线.
3.实验步骤
(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好,其中多用电表置于“×100”挡.
(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据.
(3)打开电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录.
(4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少,并记录.
4.数据处理:根据记录数据分析光敏电阻的特性.
5.实验结论
(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大,强光照射下电阻值很小.
(2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.
(三)注意事项
1.在做热敏实验时,加开水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温
2.光敏实验中,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少
3.欧姆表每次换挡后都要重新调零
 
一、热敏电阻的应用
  用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT,在给定温度范围内,其阻值随温度的变化是非线性的.某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成如图甲虚线框内所示的电路,以使电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的,且具有合适的阻值范围.为了验证这个设计,他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值,测量电路器材如图乙所示,图中的电压表内阻很大.RL的测量结果如表所示.
 
温度t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0
RL阻值/Ω 54.3 51.5 48.3 44.7 41.4 37.9 34.7
回答下列问题:
(1)根据图甲所示的电路,在图乙所示的实物图上连线.
 
(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系,在坐标纸上作RL-t关系图线.
 
(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图丙、丁所示.电流表的读数为________,电压表的读数为________.此时等效电阻RL的阻值为________;热敏电阻所处环境的温度约为________.
 
解析:(1)根据电路图连接实物图,R1与RT并联,再与R2串联,滑动变阻器为限流接法,注意各电表的极性,开关控制整个电路,实物连图如答案图所示.
(2)根据表中数据,在RL-t图象中描点,作RL-t图象为一条直线.如答案图所示.
(3)读出电压U=5.00 V,电流I=115 mA.RL=UI=43.5 Ω,再由RL-t关系图线找出RL=43.5 Ω对应的温度t=64.0℃.
答案:(1)连线如图所示
 
(2)RL-t关系图线如图所示
 
(3)115 mA 5.00 V 43.5 Ω 64.0 ℃(62~66 ℃均正确)
二、光电传感器的应用
  为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx).某光敏电阻ROS在不同照度下的阻值如下表所示:
照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1. 2
电阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18
(1)根据表中数据,请在如图给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线,并说明光敏电阻阻值随照度变化的特点.
 
(2)如图所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统,请利用下列器材设计一个简单电路给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗、照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
 
提供的器材如下:
光敏电阻ROS(符号 ,阻值见上面表格)
直流电源E(电动势3 V,内阻不计);
定值电阻:R1=10 kΩ、R2=20 kΩ、R3=40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)
开关S及导线若干.
解析:(1)根据表中的数据,在坐标系中描点连线,得到如图所示的变化曲线.由图可知光敏电阻阻值随照度变化的特点:光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小.
 
(2)因天色渐暗、照度降低至1.0 lx时启动照明系统,此时光敏电阻阻值为20 kΩ,两端电压为2 V,电源电动势为3 V,故应加上一个分压电阻,分压电阻阻值为10 kΩ,即选用R1.此电路的原理图如图所示.
 
答案:见解析
三、传感器在实验中的应用
  传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件,在自动控制中有着相当广泛的应用.有一种测量人的体重的电子秤,其测量部分的原理图如图中的虚线框所示,它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示体重大小的仪表○ (实质是理想电流表)组成.压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa,且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示.设踏板和压杆的质量可以忽略不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.8 V,取g=10 m/s2.请作答:
 
压力F/N 0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 …
电压R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
(1)该秤零点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘________A处.
(2)如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为20 mA,这个人的质量是________kg.
解析:(1)由题表格知,踏板空载时,压力传感器的电阻R=300 Ω,此时○中电流I=UR=4.8300 A=1.6×10-2 A.
(2)当电流I′=20 mA=2×10-2 A时,压力传感器的电阻R′=UI′=4.82×10-2 Ω=240 Ω,对应表格中,这个人的质量为50 kg.
答案:(1)1.6×10-2 (2)50 文 章来源 莲
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