1、14.3 实验：传感器的应用一、实验目的1.了解光控开关和温度报警器的工作原理2.练习用传感器制作自动控制设备二、实验原理1.斯密特触发器：当输入端 A 的电压逐渐上升到某一值(1.6 V)时，输出端 Y 会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，甲图中 LED 发光，乙图中蜂鸣器发声，当输入端 A 电压下降到某一值(0.8 V)时，输出端 Y 会从低电平跳到高电平(3.4 V)，甲图中 LED 熄灭，乙图中蜂鸣器停止发声。2.甲图中当光线较强， RG变小，给 A 点提供低电平，光线暗时， RG变大，A 点为高电平。3.乙图中温度正常， RT较大，A 点为低电平，温度升高到一定值， RT减小到
2、一定值，A 点为高电平。4.可以调节 R1，使不同光线或温度条件下 A 点获得高电平或低电平。三、实验器材1.光控开关实验：斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V，0.3 A)、可变电阻 R1(最大阻值 51 k)、电阻 R2(330 )、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸。2.温度报警器实验：斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻 R1(最大阻值 1 k)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)。四、实验过程1.光控开关(如图 1)2图 1(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。(2)检查各元件的连接，确保无误。(3
3、)接通电源，调节电阻 R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。(4)用黑纸渐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态。(5)渐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态。(6)改变滑动变阻器的滑片位置，重复以上步骤。要想在天更黑一些路灯才会点亮，需要将滑动变阻器的阻值调大一些还是调小一些？通过做实验验证你的结论。2.温度报警器(如图 2)图 2(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。(2)检查各元件的连接，确保无误。(3)接通电源，调节电阻 R1，使蜂鸣器常温下不发声。(4)将热敏电阻放入热水中，注意蜂鸣器是否发声。(5)将热敏电阻从热水中取出，注意峰鸣器是否发声。(6)改变滑动变
4、阻器的滑片位置，分析变阻器的阻值大小和报警的关系。五、结果与分析1. 减 小 照 射 RG的 亮 度 RG阻 值 增 大 URG增 大输 入 端 A电 势 升高 ， 输 入 高 电 平 Y输 出 低 电 平LED导 通 发 光2. 升 高 RT周 围 的 温 度 RT的 阻 值 减 小R1两 端 电压 U增 大 输 入 端 A电 势 升高 ， 输 入 高 电 平 Y输 出 低 电 平蜂 鸣 器 导通 报 警六、注意事项1.安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。2.光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则电磁继电器不能正常工作。3精典示例例 1 如图 3 所示的光控
5、电路，用发光二极管 LED 模仿路灯， RG为光敏电阻， R1的最大电阻为 51 k， R2为 330 。白天，光的强度较大，光敏电阻 RG的电阻值较_，加在斯密特触发器 A 端的电压较_，则输出端 Y 输出高电平，发光二极管 LED_(填“导通”或“不导通”)；当天色暗到一定程度时， RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端 A 的电压上升到某个值(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_(填“导通”或“不导通”)，这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的。图 3解析 白天，光照强度较大，光敏电阻 RG的电阻值较小，加在斯密特触发器 A 端的电压较低，则
6、输出端 Y 输出高电平，发光二极管 LED 不导通；当天色暗到一定程度时， RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端 A 的电压上升到某个值(1.6 V)时，输出端 Y 会突然从高电平跳到低电平，则发光二极管 LED 导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的。答案 小 低 不导通 导通例 2 如图 4 所示，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。图 4(1)要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，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？(3)为
7、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？解析 (1)温度较低时 RT的阻值很大， R 比 RT小得多，因此 P、 X 之间电压较大。要求此时4电铃不响，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)高温时 RT的阻值减小， P、 X 之间电压降低，输入低电压时，从“非”门输出的是高电压，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两端的电压降低，则外界温度不太高时，就能使 P、 X 之间电压降到低电压输入，电铃就能发声，因此 R 较大时，反应较灵敏。答案 见解析针对训练 一路灯控制装置如图 5 所示，
8、 E6.0 V， RG为光敏电阻，光照射 RG时， RG变小。白天时，继电器 J 两端电压是较大还是较小？要使路灯比平时早一些时间亮起来，应如何调节 R1?图 5解析 由题可知，按照逻辑分析法，引起电路状态变化的原因是照射光敏电阻 RG的光的强弱。白天光照强， RG的阻值较小， R1两端的电压 U1 较大，即 A 点电势较高，则 YER1RG R1端为低电平，继电器两端电压较小，不工作，路灯不亮。而夜间的情形恰好相反。所以白天时，继电器 J 两端电压较小。若使路灯早一些亮时，首先要明确继电器的动作电压 UJ一定， Y 端电平一定，A 端电平一定，则 R1两端的电压 U1一定，因 U1 ，则ER
9、1RG R1 ERGR1 1可知要使路灯早些亮时，环境光线仍较强， RG偏小，要保证 U1一定，必须调节 R1使其变小。答案 较小 调节 R1使其变小1.(温度报警器电路分析)(多选)如图 6 是温度报警器的电路示意图，下面对此电路的分析正确的是( )5图 6A.当 RT的温度升高时，其阻值减小，A 端电势降低，Y 端电势升高，蜂鸣器会发出报警声B.当 RT的温度升高时，其阻值减小，A 端电势升高，Y 端电势降低，蜂鸣器会发出报警声C.当增大 R1时，A 端电势升高，Y 端电势降低，蜂鸣器会发出报警声D.当增大 R1时，A 端电势降低，Y 端电势升高，蜂鸣器会发出报警声答案 BC2.(自动控制
10、电路的分析与设计)如图 7 所示，某小型电磁继电器，其中 L 为含铁芯的线圈。P 为可绕 O 点转动的铁片， K 为弹簧，S 为一对触头， A、 B、 C、 D 为四个接线柱。电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是( )图 7A.A 与 B 接信号电压， C 与 D 跟被控电路串联B.A 与 B 接信号电压， C 与 D 跟被控电路并联C.C 与 D 接信号电压， A 与 B 跟被控电路串联D.C 与 D 接信号电压， A 与 B 跟被控电路并联解析 A、 B 接电磁继电器的线圈，所以 A、 B 应接信号电压，线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使 C、 D
11、接通或断开，进而起到控制作用，故选项 A 正确。答案 A3.(自动控制电路的分析与设计)如图 8 所示是自动水位报警的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，磁铁吸引衔铁 1，使它与触头 3 断开，与触头 2 接触。若要求水位正常时绿灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各一个，红灯泡应安在_位置，绿灯泡应安在_位置(填“A”或“B”)。6图 8解析 水位正常时，线圈中没有电流，衔铁 1 与触头 3 接触，这时应绿灯亮，所以绿灯泡应安在 A 位置，当高出一定水位时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁 1，使它与触头 3 断开，与触头 2 接触，这时应红灯亮，所以红灯泡应安在 B 位置。答案 B A4.
12、(光控开关电路分析与设计)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 9 所示为模拟电路，其中 A 为光敏电阻， 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。图 9解析 电路连接如图所示。当天亮时，光线照射光敏电阻 A，其阻值迅速减小，控制回路电流增大，电磁继电器 B 工作，吸下衔铁使触点断开，路灯熄灭。当夜晚降临，光线变暗，光敏电阻 A 的阻值增大，控制回路电流减小，弹簧将衔铁拉起，触点接通，路灯点亮。答案 见解析图基础过关1.(多选)如图 1 所示为一个逻辑电平检测电路，A 与被测点相接，则( )图 1
13、7A.A 为低电平，LED 发光B.A 为高电平，LED 发光C.A 为低电平，LED 不发光D.A 为高电平，LED 不发光解析 A 为低电平时，Y 为高电平，LED 的电压小，不发光；A 为高电平时，Y 为低电平，LED 的电压大，发光，故选项 B、C 正确。答案 BC2.(多选)如图 2 所示的光控电路用发光二极管 LED 模仿路灯， RG为光敏电阻。 “ ”是具有特殊功能的非门，当加在它的输入端 A 的电压逐渐上升到某个值时，输出端 Y 会突然从高电平跳到低电平，而当输入端 A 的电压下降到另一个值时，输出端 Y 会从低电平跳到高电平。要求在天暗时路灯(发光二极管)会被点亮，下列说法正
14、确的是( )图 2A.天暗时，Y 处于高电平B.天暗时，Y 处于低电平C.当 R1调大时，A 端的电压降低，灯(发光二极管)点亮D.当 R1调大时，A 端的电压降低，灯(发光二极管)熄灭解析 天暗时， RG电阻值大，A 端为高电平，所以输出端 Y 为低电平，发光二极管导通，选项 B 正确，A 错误；将 R1调大时，A 端电势降低，当降到某一值时，输出端变为高电平，灯(发光二极管)熄灭，选项 D 正确，C 错误。答案 BD3.(多选)如图 3 所示，全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的，当进行排水和脱水工序时，控制铁芯 1 的线圈通电，使铁芯 2 运动，从而牵引排水阀的阀门排除污水。
15、以下说法正确的是( )8图 3A.若输入的控制电流由 a 流入，由 b 流出，则铁芯 2 中 A 端为 N 极， B 端为 S 极B.若输入的控制电流由 a 流入，由 b 流出，则铁芯 2 中 A 端为 S 极， B 端为 N 极C.若 a、 b 处输入交变电流，铁芯 2 不能被吸入线圈中D.若 a、 b 处输入交变电流，铁芯 2 仍能被吸入线圈中解析 铁芯被通电螺线管磁化。所以选项 A、D 正确。答案 AD4.(多选)某同学设计的家庭电路保护装置如图 4 所示，铁芯左侧线圈 L1由火线和零线并行绕成。当右侧线圈 L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关 K，从而切断家庭电路
16、。仅考虑 L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有( )图 4A.家庭电路正常工作时， L2中的磁通量为零B.家庭电路中使用的电器增多时， L2中的磁通量不变C.家庭电路发生短路时，开关 K 将被电磁铁吸起D.地面上的人接触火线发生触电时，开关 K 将被电磁铁吸起解析 由于零线、火线中电流方向相反，产生的磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项 A 正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起 L2的磁通量的变化，选项 B 正确，C 错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈 L1中磁场变化引起 L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起 K，切断家庭电路，选项 D 正确。答案
17、ABD5.如图 5 所示是热水器的恒温集成电路， R0是热敏电阻，温度较低时其阻值很大，温度较高时阻值很小。如果热水器中没有水或水温较高时，继电器会放开簧片，发热器断路，反之会吸住簧片接通发热器。如果热水器中没有水时，电路中 BC 部分就处于_(选填“断路”或“短路”)状态，则在电路图的虚线框内的门电路应是_门，当温度较低时，门电路的输入端 A 是_(选填“高”或“低”)电势。9图 5解析 热水器中没有水， BC 部分相当于断路。热水器中没有水或水温较高时，继电器都能使发热器断路，故可判断虚线框内应是“与”门，当温度较低时， R0阻值较大，故门电路输入端 A 是高电势。答案 断路 与 高能力提
18、升6.如图 6 甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电。房卡的作用相当于一个_(填电路元件名称)接在干路上。如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡 P 插入盒子 Q 中，这时由于磁铁吸引簧片，开关 B 就接通，通过继电器 J 使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器。当继电器工作时， cd 相吸， ab 便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 适当地连接起来，构成正常的电门卡电路。图 6解析 (1)房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当干路上的电键。(2)将开关 B 与电源 E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电流接成回路，即10按 87，45，69，13，210 连接起来，构成正常的电门卡电路。如图。答案 (1)电键 (2)见解析图
