1、第3节 实验：传感器的应用, 学习目标定位 1理解光控开关、温度报警器的工作原理 2理解光控开关、温度报警器的灵敏度调节原理 3练习用传感器制作自动控制设备,课前预习 自主学习,基础知识梳理,一、光控开关实验 1电路图如下：2工作原理 白天，光照强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6 V，输出端Y突然从高电平跳到 电平，则发光二极管 导通发光(相当于路灯)，这样就达到了使路灯天亮自动熄灭，天暗自动开启的目的,LED,低,二、温度报警器实验
2、 1电路图如下：2工作原理 常温下，调节R1的阻值使斯密特触发器输入端A处于低电平，则输出端Y处于 电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值 ，斯密特触发器输入端A的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端Y由高电平跳到 电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声R1的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的报警温度,高,减小,低,知识精讲 易错辨析,教材要点解读,要点一 光控开关,3实验原理 (1)电路如图所示(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电
3、平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8 V)的时候，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V),(3)光控开关的原理：白天，光照强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6 V，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯)，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的,如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理,例 1,【解析】 天较亮时，光敏电阻RG阻值
4、较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通 天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启 天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭 【答案】 见解析,【方法总结】 (1)斯密特触发器是具有特殊性能的非门，即输入端为高电平时，输出端为低电平；当输入端为低电平时，输出端为高电平 (2)导体中形成电流时，电流
5、由高电势端流向低电势端 (3)二极管具有单向导电性，三极管具有放大电流的作用,光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，小柯用它设计了一种“智能家居照明灯”电路，如图1所示(电磁继电器线圈的电阻不计),变式训练 1-1,(1)小柯的设计要求是：“智能家具照明灯”在天暗时自动点亮，天亮时自动熄灭，那么他选择的光敏电阻阻值大小应随光照强度的增加而_ (2)保持光照强度不变，闭合开关S后，滑片P由a端向b端移动过程中，电流表示数I与电压表示数U的关系如图2所示，计算滑动变阻器的最大阻值是多少？(电源电压U0不变),解析：(1)天暗时自动点亮说明此时照明电路闭合，由图可知此时衔铁断开，电磁铁磁性减弱，进一
6、步判断控制电路电流变小，根据欧姆定律判断电路中电阻变大，选择的光敏电阻阻值大小应随光照强度的增加而减小 (2)分析电路可知，滑片位于b端时，电路为光敏电阻的简单电路，电压表测电源的电压，由表可知电源的电动势E12 V当滑片位于a端时滑动变阻器与光敏电阻串联，电压表测光敏电阻两端的电压，电流表测电路中的电流，由图象读出光敏电阻两端的电压U光敏2 V，电流表的示数I0.1 A，,答案：(1)减小 (2)100 ,要点二 温度报警器,(2)工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密特触发器输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特
7、触发器输入端A的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端Y由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声R1的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度,火警报警器：如图是一个火警报警装置的逻辑电路图RT是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻(1)要做到低温时电铃不响，火灾时产生高温，电铃响起，在图中虚线处应接入怎样的元件？ (2)为什么温度高时电铃会被接通？,例 2,(3)为了提高该电路的灵敏度，即报警温度调得稍低些，R的值应大一些还是小一些？ 【分析】,【解析】 (1)温度较低时RT的阻值很大，R比RT小得多，因此P、X之间电
8、压较大要求此时电铃不发声，表明输出给电铃的电压应该较小，输入与输出相反，可见虚线处元件应是“非”门 (2)当高温时RT阻值减小，P、X之间电压降低，输入低电平时，从“非”门输出是高电平，电铃响起 (3)由前面分析可知，若R较大，由于它的分压作用，RT两端的电压不太高，即外界温度不太高时，就能使P、X之间电压降到低电压，输入低电平，电铃就能发声因此R越大，电路灵敏度越高 【答案】 见解析,【方法总结】 把热敏电阻与斯密特触发器连成电路可制成温度报警器传感器通过敏感元件来感受被测量，输出量与被测量成确定关系；再通过转换元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
9、理、显示、记录或控制的量，输送给控制电路，完成电路的自动控制,小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响图甲中继电器的供电电压U13 V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30 .当线圈中的电流大于等于50 mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图象,变式训练 2-1,(1)由图乙可知，当环境温度为40 时，热敏电阻阻值为_.当环境温度升高时，热敏电阻阻值将_，继电器的磁性将_(均选填“增
10、大”“减小”或“不变”) (2)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱_相连，指示灯的接线柱D应与接线柱_相连(均选填“A”或“B”) (3)图甲中线圈下端P的磁极是_极(选填“N”或“S”) (4)请计算说明，环境温度在什么范围内时，警铃报警 解析：(1)分析乙图可知，热敏电阻40 对应的阻值为70 ，温度升高时，热敏电阻阻值减小，根据欧姆定律可知，电路中电流增大，电磁铁的磁性增大,答案：(1)70 减小 增大 (2)B A (3)S (4)环境温度大于等于80 时，警铃报警,(2017茂名模拟)光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，其中就可用于街道路灯的自动控制开关如图所示为模拟电路，其中A为光敏
11、电阻，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯请连成正确的电路，达到日出灯熄，日落灯亮的效果,要点三 自动控制装置的分析与设计,例 3,【解析】 分析题意可知，照明电路白天断开，则电路中电流大，电磁铁磁性强，吸引衔铁使触点断开照明电路夜间闭合，则电路中电流小，电磁铁磁性弱，不吸引衔铁，触点接触电路中电流的变化要通过光敏电阻阻值的变化来控制，将光敏电阻与电磁铁串联在一起，设计电路如图：,【答案】 见解析,【方法总结】 解决与传感器有关的电路设计问题的策略： 处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为： (1)传感器所在的信息采集部分 (2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析
12、有关) (3)执行电路部分，即利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作,如图1所示，现有热敏电阻R、电炉丝R1、电源E、电磁继电器、滑动变阻器R2、开关S和导线若干图2为热敏电阻的Rt图象，继电器的电阻为100 .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和低压电炉丝供电的电池电动势E9.0 V，内阻不计,变式训练 3-1,(1)请用笔划线代替导线，将图1中简单恒温箱温控电路图补充完整要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电 (2)如果要使恒温箱内的温度保持50 不变，可变电阻R2的阻值应调节为_.若要使恒温箱内的温度稍微升高些，应使可变电阻R2的阻值稍微_(选填“增大”或“减小”),解析：(1)温度低于某一温度时，根据热敏电阻的特性可知，热敏电阻的电阻变大，此时电炉丝自动通电供热，说明K是闭合的，因此需要将电炉丝与K相连，如图所示：,答案：(1)见解析 (2)260 增大,
