第十三章

交變電流電磁振蕩和電磁波傳感器

第72講傳感器的組成和工作原理

實(shí)驗(yàn)十六利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制

裝置

基礎(chǔ)梳理·易錯(cuò)辨析

核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破

提能訓(xùn)練練案[72]

返回導(dǎo)航

基礎(chǔ)梳理·易錯(cuò)辨析

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一、六種敏感元件的作用和特點(diǎn)

敏感元件作用特點(diǎn)

熱敏將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)一般情況下，熱敏電阻的阻值隨溫度

電阻換為電阻這個(gè)電學(xué)量的升高而減小，隨溫度的降低而增大

一般情況下，金屬熱電阻的阻值隨溫

金屬將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)

度的升高而增大，隨溫度的降低而減

熱電阻換為電阻這個(gè)電學(xué)量

小

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二、門(mén)窗防盜報(bào)警裝置

1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)了解門(mén)窗防盜報(bào)警裝置的工作原理。

(2)練習(xí)使用傳感器自動(dòng)控制設(shè)備。

2．示意圖及電路圖

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3．實(shí)驗(yàn)器材和裝置

(1)干簧管SA：作為_(kāi)__傳__感__器___，感知磁體M磁場(chǎng)是否存在。

(2)繼電器(虛線框部分)：作為執(zhí)行裝置。

(3)發(fā)光二極管LED：作為電路正常工作提示。

(4)電阻R：作為發(fā)光二極管的限流電阻，起___保__護(hù)___作用。

(5)蜂鳴器H：作為_(kāi)_報(bào)__警__提__醒____。

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4．電路工作原理

閉合電路開(kāi)關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門(mén)窗緊閉時(shí)，磁體M靠近

干簧管SA，干簧管兩個(gè)簧片被__磁_(tái)_化__相__吸____而接通繼電器線圈K，使繼

電器工作。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常開(kāi)觸點(diǎn)a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，

顯示電路處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)門(mén)窗開(kāi)啟時(shí)，磁體離開(kāi)干簧管，干簧管

失磁_(tái)__斷_開(kāi)____，繼電器被斷電。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂

鳴器H發(fā)聲報(bào)警。干簧管在電路中起___傳__感__器___和控制開(kāi)關(guān)的作用，繼

電器則相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)的雙向開(kāi)關(guān)。

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5．實(shí)驗(yàn)操作

(1)連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直

接靠近干簧管，觀察簧片能否正常動(dòng)作。

(2)確定各元件可以正常工作后，按照電路圖連接電路。

(3)接通電源后，將磁體靠近和離開(kāi)干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

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三、光控開(kāi)關(guān)

1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)了解光控開(kāi)關(guān)電路及控制原理。

(2)會(huì)組裝光控開(kāi)關(guān)。

2．電路如圖所示

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3．工作原理

強(qiáng)

當(dāng)環(huán)境光比較______時(shí)，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，

發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路，即發(fā)光二極管不工作；繼

電器處于常開(kāi)狀態(tài)，小燈泡L不亮。當(dāng)環(huán)境光比較___弱___時(shí)，光敏電阻

RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電

極電流，點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L。

4．實(shí)驗(yàn)器材

發(fā)光二極管LED、晶體三極管VT、可調(diào)電阻R1、限流電阻R2、光

敏電阻RG、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源、導(dǎo)線若干、黑紙、小燈泡L。

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5．實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按照電路圖連接電路，檢查無(wú)誤后，接通電源。

光敏

(2)讓________電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻

____R_1___使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。

(3)遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時(shí)，就會(huì)看到發(fā)光二極管LED

或小燈泡L發(fā)光。

(4)讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí)，則發(fā)光二極管LED或小燈

泡L熄滅。

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6．注意事項(xiàng)

(1)安裝前，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好后，再進(jìn)行

安裝。

(2)光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)中，二極管連入電路的極性不能反接。

(3)如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，可用手電筒加強(qiáng)光照，或遮蓋光敏電阻，

再進(jìn)行觀察。

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1．傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它常常是將電學(xué)量轉(zhuǎn)化為力學(xué)

量。(×)

2．傳感器可以把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。(√)

3．干簧管是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器，當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，

兩個(gè)簧片被磁化而接通，起到開(kāi)關(guān)的作用。(√)

4．半導(dǎo)體制成的熱敏元件，溫度升高時(shí)電阻大幅度變化。(√)

5．電子秤中應(yīng)變片的電阻隨形變大小而變化。(√)

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核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破

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1傳感器的組成和工作原理

(基礎(chǔ)考點(diǎn)·自主探究)

1．傳感器及其工作原理

傳感器的工作原理：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等

被測(cè)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號(hào)

輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號(hào)是電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的

通斷把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸處理和控

制。

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傳感器應(yīng)用的一般模式如圖所示：

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2．傳感器的核心元件

(1)敏感元件：能直接感受或響應(yīng)外界被測(cè)非電學(xué)量的部分。

(2)轉(zhuǎn)換元件：能將敏感元件輸出的信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的部分。

(3)信號(hào)調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路：能把輸出的微弱的電信號(hào)放大的部分。

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【跟蹤訓(xùn)練】

1

如圖所示是一火災(zāi)報(bào)警器的部分電路示意圖。其中R3為熱敏電阻(隨

溫度升高電阻減小)。值班室的顯示器為電路中的電流表，a、b之間接報(bào)

警器。當(dāng)R3所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)警器兩端的電壓U的

變化情況是()

A．I變大，U變大

B．I變大，U變小

C．I變小，U變小

D．I變小，U變大

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[答案]C

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2(2022·北京卷)某同學(xué)利用壓力傳感器設(shè)計(jì)水庫(kù)水位預(yù)警系統(tǒng)。如圖

所示，電路中的R1和R2，其中一個(gè)是定值電阻，另一個(gè)是壓力傳感器(可

等效為可變電阻)。水位越高，對(duì)壓力傳感器的壓力越大，壓力傳感器的

電阻值越小。當(dāng)a、b兩端的電壓大于U1時(shí)，控制開(kāi)

關(guān)自動(dòng)開(kāi)啟低水位預(yù)警；當(dāng)a、b兩端的電壓小于U2

(U1、U2為定值)時(shí)，控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)開(kāi)啟高水位預(yù)警。

下列說(shuō)法正確的是()

A．U1<U2

B．R2為壓力傳感器

C．若定值電阻的阻值越大，開(kāi)啟高水位預(yù)警時(shí)的水位越低

D．若定值電阻的阻值越大，開(kāi)啟低水位預(yù)警時(shí)的水位越高

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[答案]C

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2實(shí)驗(yàn)：利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置

(能力考點(diǎn)·深度研析)

?考向1利用光敏電阻制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制電路

為了節(jié)能環(huán)保，一些公共場(chǎng)所使用

光控開(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開(kāi)關(guān)可采用光

敏電阻來(lái)控制，光敏電阻是阻值隨著光的照

度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)

弱，光越強(qiáng)，照度越大，照度單位為lx)。

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(1)某光敏電阻R在不同照度下的阻值如下表，根據(jù)表中已知數(shù)據(jù)，

在如圖甲的坐標(biāo)系中描繪出了阻值隨照度變化的曲線，由圖像可求出照

度為0.6lx時(shí)的電阻約為_(kāi)_______kΩ。

照度/lx0.20.40.60.81.01.2

電阻/kΩ5.83.7

2.32.01.8

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(2)如圖乙，是街道路燈自動(dòng)控制設(shè)計(jì)電路，利用直流電源為電磁鐵

供電，利用照明電源為路燈供電。為達(dá)到天亮燈熄、天暗燈亮的效果，

路燈應(yīng)接在________(填“AB”或“BC”)之間。

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(3)用多用電表“×10Ω”擋，按正確步驟測(cè)量圖乙中電磁鐵線圈電

阻時(shí)，指針示數(shù)如圖丙，則線圈的電阻為_(kāi)_______Ω；已知當(dāng)線圈中的

電流大于或等于2mA時(shí)，繼電器的銜鐵將被吸合。圖乙中直流電源的電

動(dòng)勢(shì)E＝6V，內(nèi)阻忽略不計(jì)，滑動(dòng)變阻器有兩種規(guī)格可供選擇：

R1(0～200Ω，1A)、R2(0～2000Ω，

0.1A)。要求天色漸暗照度降低至1.0lx時(shí)點(diǎn)

亮路燈，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇________(填

“R1”或“R2”)。為使天色更暗時(shí)才點(diǎn)亮路

燈，應(yīng)適當(dāng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向

________(填“左”或“右”)端移動(dòng)。

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[答案](1)2.8(2)AB(3)140R2左

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?考向2利用熱敏電阻制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制電路

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[答案](1)見(jiàn)解析圖(2)R2(3)①650.0b接通電源后，流過(guò)報(bào)

警器的電流會(huì)超過(guò)20mA，報(bào)警器可能損壞②c報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警

[解析](1)電路圖連線如圖所示。

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(3)①電阻箱的電阻值應(yīng)調(diào)為熱敏電阻在60℃時(shí)的阻值，即

650.0Ω?；瑒?dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于b端，使開(kāi)關(guān)接通后回路中電流最

小，以保護(hù)報(bào)警器，即防止因過(guò)載而損壞報(bào)警器。

②應(yīng)將開(kāi)關(guān)向c端閉合，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至報(bào)警器開(kāi)始

報(bào)警。

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?考向3利用壓敏電阻制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制電路

某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種“自動(dòng)限重器”，如圖甲所示。該裝置由控制

電路和工作電路組成，其主要元件有電磁繼電器、貨物裝載機(jī)(實(shí)質(zhì)是電

動(dòng)機(jī))、壓敏電阻R1和滑動(dòng)變阻器R2等。壓敏電阻R1的阻值隨壓力F變化

的關(guān)系如圖乙所示。當(dāng)貨架承受的壓力達(dá)到限定值時(shí)，電磁繼電器會(huì)自

動(dòng)控制貨物裝載機(jī)停止向貨架上擺放物品。已知控制電路的電源電動(dòng)勢(shì)

E＝6V，r＝2Ω，電磁繼電器線圈的阻值忽略不計(jì)。請(qǐng)你解答下列問(wèn)

題：

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(1)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線將圖甲的電路連接完整。

(2)當(dāng)電磁繼電器線圈中的電流大小為15mA時(shí)，銜鐵被吸下。若貨

架能承受的最大壓力為800N，則所選滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值至少為

________Ω。

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[答案](1)見(jiàn)解析圖(2)318

[解析](1)連接電路如圖所示。

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【跟蹤訓(xùn)練】

3(2024·河北卷)某種花卉喜光，但陽(yáng)光太強(qiáng)時(shí)易受損傷。某興趣小組

決定制作簡(jiǎn)易光強(qiáng)報(bào)警器，以便在光照過(guò)強(qiáng)時(shí)提醒花農(nóng)。該實(shí)驗(yàn)用到的

主要器材如下：學(xué)生電源、多用電表、數(shù)字電壓表(0～20V)、數(shù)字電流

表(0～20mA)、滑動(dòng)變阻器R(最大阻值50Ω，1.5A)、白熾燈、可調(diào)電

阻R1(0～50kΩ)、發(fā)光二極管LED、光敏電阻RG、NPN型三極管VT、

開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線等。

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(1)判斷發(fā)光二極管的極性

使用多用電表的“×10k”歐姆擋測(cè)量二極管的電阻如圖1所示，當(dāng)

黑表筆與接線端M接觸、紅表筆與接線端N接觸時(shí)，多用電表指針位于

表盤(pán)中a位置(見(jiàn)圖2)；對(duì)調(diào)紅、黑表筆后指針位于表盤(pán)中b位置(見(jiàn)圖

2)。由此判斷M端為二極管的________(填“正極”或“負(fù)極”)。

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(2)研究光敏電阻在不同光照條件下的伏安特性

①采用圖3中的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)物

連接已完成，要求閉合開(kāi)關(guān)后電壓表和電流

表的讀數(shù)從0開(kāi)始。導(dǎo)線L1、L2和L3的另一端

應(yīng)分別連接滑動(dòng)變阻器的________、

________、________接線柱(以上三空選填接

線柱標(biāo)號(hào)“A”“B”“C”或“D”)。