第十章--实验十一--传感器的简单应用课件

一、实验目的一、实验目的1认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性2了解传感器在技术上的简单应用了解传感器在技术上的简单应用二、实验原理二、实验原理传感器能将它感受到的物理量传感器能将它感受到的物理量(如力、热、光、声等如力、热、光、声等)转转换成便于测量的量换成便于测量的量(一般是电学量一般是电学量)其工作过程是通过其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号例如，光电传感器是利用光敏电换成便于利用的信号例如，光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号，热电传感器是利用热敏电阻阻将光信号转换成电信号，热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号，转换后的信号或金属热电阻将温度信号转换成电信号，转换后的信号经过电子电路的处理就可达到方便检测、自动控制、遥经过电子电路的处理就可达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的控等各种目的传感器工作的原理可用下面框图表示：传感器工作的原理可用下面框图表示：三、实验器材三、实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等开关、导线等四、研究热敏电阻的热敏特性四、研究热敏电阻的热敏特性1实验步骤实验步骤(1)按图实按图实111所示连接好电路，所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理将热敏电阻绝缘处理(2)把多用电表把多用电表置于置于“欧姆挡欧姆挡”，并，并 选择适当的量程测出烧杯中没有热选择适当的量程测出烧杯中没有热 图实图实111 水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；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；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，并记录值，并记录2数据处理数据处理(1)根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分 析热敏电阻的特性析热敏电阻的特性.次数次数待测量待测量温度温度()电阻电阻()(2)在图实在图实112所示的坐标系中，所示的坐标系中，粗略地画出热敏电阻的阻值随粗略地画出热敏电阻的阻值随 温度变化的图线温度变化的图线 图实图实112(3)根据实验数据和根据实验数据和Rt图线，得出图线，得出 结论：热敏电阻的阻值随温度的结论：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升高而减小，随温度的降低而增大五、研究光敏电阻的光敏特性五、研究光敏电阻的光敏特性1实验步骤实验步骤(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图实滑动变阻器按如图实113所所示电路连接好，其中多用电表置示电路连接好，其中多用电表置于欧姆于欧姆“100”挡；挡；图实图实113(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；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；亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；(4)用手掌用手掌(或黑纸或黑纸)遮光时电阻值又是多少？并记录遮光时电阻值又是多少？并记录2数据处理数据处理 把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的 特性特性.光照强度光照强度弱弱中中强强无光照射无光照射阻值阻值结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大变小，光照减弱电阻变大六、注意事项六、注意事项1在热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使在热敏实验时，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，并同时读出水温电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温2在光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放在光敏实验中，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 的光的多少的光的多少3欧姆表每次换挡后都要重新调零欧姆表每次换挡后都要重新调零七、误差分析七、误差分析 此实验的误差主要来源于温度计和欧姆表的读数此实验的误差主要来源于温度计和欧姆表的读数八、实验改进八、实验改进对于热敏电阻的特性，可用以对于热敏电阻的特性，可用以下实验进行：下实验进行：如图实如图实114所示，将多用电所示，将多用电 图实图实114表的选择开关置于表的选择开关置于“欧姆欧姆”挡挡，再将电表的两支表笔，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表针指的两端相连，这时表针指在某一刻度，观察下述操作下的指针偏转情况：在某一刻度，观察下述操作下的指针偏转情况：(1)往往Rt上擦一些酒精；上擦一些酒精；(2)用吹风机将热风吹向电阻用吹风机将热风吹向电阻实验分析：实验分析：(1)中指针左偏，说明中指针左偏，说明Rt的阻值增大；酒精蒸发的阻值增大；酒精蒸发 吸热，热敏电阻的温度降低，所以热敏电阻的阻值随温度吸热，热敏电阻的温度降低，所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大的降低而增大(2)中指针右偏，说明中指针右偏，说明Rt的阻值减小，而热敏电阻的阻值减小，而热敏电阻Rt的温度升的温度升 高，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小高，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小 优点：改进后的实验简单易操作，学生很快得出结论优点：改进后的实验简单易操作，学生很快得出结论例例1热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整已知常温下待测热敏电阻的阻值约尽可能完整已知常温下待测热敏电阻的阻值约4 5.将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出图中未画出)、电源、电源(3 V、内阻可忽略、内阻可忽略)、直流电流表、直流电流表(内阻内阻约约1 )、直流电压表、直流电压表(内阻约内阻约5 k)、滑动变阻器、滑动变阻器(020)、开关、导线若干开关、导线若干电阻传感器电阻传感器(a)图实图实115(1)在图实在图实115(a)中画出实验电路图中画出实验电路图(2)根据电路图，在图实根据电路图，在图实115(b)所示的实物图上连线所示的实物图上连线(3)简要写出完成接线后的主要实验步骤简要写出完成接线后的主要实验步骤解析解析常温下待测热敏电阻的阻常温下待测热敏电阻的阻值值(约约4 5)较小，应该选用安较小，应该选用安培表外接法热敏电阻的阻值随温培表外接法热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，热敏电阻两端的度的升高而减小，热敏电阻两端的 图实图实116电压由零逐渐增大，滑动变阻器选用分压式电压由零逐渐增大，滑动变阻器选用分压式(1)实验电路如图实实验电路如图实116所示所示(2)根据电路图，连接实物图如图实根据电路图，连接实物图如图实117所示所示图实图实117(3)完成接线后的主要实验步骤：往保温杯里加一些热水，完成接线后的主要实验步骤：往保温杯里加一些热水，待温度计稳定时读出温度计值；调节滑动变阻器，快速测待温度计稳定时读出温度计值；调节滑动变阻器，快速测出几组电压表和电流表的值；重复和，测量不同温度出几组电压表和电流表的值；重复和，测量不同温度下的数据；绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲下的数据；绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线线答案答案见解析见解析力力 传传 感感 器器例例2如图实如图实118所示为某种电子秤的原理示意图，所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一为一均匀的滑动变阻器，阻值为均匀的滑动变阻器，阻值为R，长度为，长度为L，两边分别有，两边分别有P1、P2两个滑两个滑动头，与动头，与P1相连的金属细杆可在被固定的竖直光滑绝缘杆相连的金属细杆可在被固定的竖直光滑绝缘杆MN上保上保持水平状态，金属细杆与托盘相连金属细杆所受重力忽略不计，持水平状态，金属细杆与托盘相连金属细杆所受重力忽略不计，弹簧处于原长时弹簧处于原长时P1刚好指向刚好指向A端，若端，若P1、P2间出现电压时，该电压间出现电压时，该电压经过放大通过信号转换后在显示屏上显示出质量的大小已知弹经过放大通过信号转换后在显示屏上显示出质量的大小已知弹簧的劲度系数为簧的劲度系数为k，托盘自身质量为，托盘自身质量为m0，电源的电动势为，电源的电动势为E，电源，电源的内阻忽略不计，信号放大器、信号转换器和显示器的分流作用的内阻忽略不计，信号放大器、信号转换器和显示器的分流作用忽略不计求：忽略不计求：图实图实118(1)托盘上未放物体时在托盘的自身重力作用下托盘上未放物体时在托盘的自身重力作用下P1距距A端端的距离的距离x1；(2)在托盘上放有质量为在托盘上放有质量为m的物体时的物体时P1距距A端的距离端的距离x2；(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节节P2，从而使，从而使P1、P2间的电压为零，校准零点后将被称间的电压为零，校准零点后将被称物体放在托盘上试推导出被称物体的质量物体放在托盘上试推导出被称物体的质量m与与P1、P2间电压间电压U的函数关系式的函数关系式思路点拨思路点拨托盘上未放物体时，托盘有重力，此时弹托盘上未放物体时，托盘有重力，此时弹簧的压缩量为多少？在托盘上放有质量为簧的压缩量为多少？在托盘上放有质量为m的物体时，的物体时，只有物体压缩弹簧吗？放上重物后，向下压缩弹簧，带只有物体压缩弹簧吗？放上重物后，向下压缩弹簧，带动指针向下运动，从而使动指针向下运动，从而使P1和和P2之间的电阻长度发生变之间的电阻长度发生变化，导致两点间的电压有变化，最终根据闭合电路的欧化，导致两点间的电压有变化，最终根据闭合电路的欧姆定律，能换算出物体的质量和电压姆定律，能换算出物体的质量和电压U的关系吗？的关系吗？创新设计实验创新设计实验例例3为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控为了节能和环保，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是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)某光敏电阻某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：在不同照度下的阻值如下表：照度照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻电阻(k)754028232018(1)根据表中数据，请在图实根据表中数据，请在图实119所示的坐标系中描绘出阻所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点图实图实119定值电阻：定值电阻：R110 k，R220 k，R340 k(限选其中之限选其中之一并在图中标出一并在图中标出)；开关开关S及导线若干及导线若干图实图实1110解析解析(1)描绘图象应注意：各点均匀分布在图线两侧，且描绘图象应注意：各点均匀分布在图线两侧，且图线应用平滑曲线，而不能成为各点的连线光敏电阻的阻图线应用平滑曲线，而不能成为各点的连线光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图实值随光照度变化的曲线如图实1111所示，电阻的阻值所示，电阻的阻值随光照度的增大而减小随光照度的增大而减小图实图实1111答案答案见解析见解析点击此图片进入专题针对训练点击此图片进入专题针对训练