1、学案 2 生活中的传感器 简单的光控和温控电路(选学) 目标定位 1.了解洗衣机、电冰箱中的传感器.2.了解家用报警器的原理.3.了解传感器与人 的感官的类比，以及它们各自的优势.4.了解一些简单的自动控制电路 一、洗衣机中的传感器 问题设计 模糊洗衣机能模仿人的思维确定洗涤模式比如可根据衣物的布质、衣物的多少确定洗涤的力 度及用水量，根据衣物的脏污程度确定漂洗的次数等，你知道这些操作模式是如何建立的吗？ 答案 利用传感器和电脑技术，揉入人们对家电使用的经验知识，建立的操作模式 要点提炼 模糊洗衣机中的传感器 传感器的类型 作用 水位传感器 确定水位的高低和衣物吸水能力的大小 负载量传感器 检
2、测洗涤物的多少 水温传感器 根据环境温度和水温，自动控制洗涤时间 布质传感器 自动感知衣物的重量和吸水程度，感知衣物的质量，自动选 择洗涤方式 洗涤粉传感器 测定洗涤粉的种类 脏污程度 传感器 利用红外光电传感器，测定水的透明度，从而检测洗净度、 漂净度 脱水(压电) 传感器 从脱水桶喷射出来的水，作用到压电传感器上，根据压力的 变化，控制脱水动作 二、电冰箱中的传感器 1电冰箱的组成：主要由制冷系统和控制系统组成 2控制系统中的传感器及其作用 传感器类型 作用 温控传感器 按设定的温度自动接通和断开电路，控制电动机工作 除霜温控传感器 在除霜加热器达到一定温度时，自动断开加热器的电源 过热及
3、过电 流保护传感器 当电动机不能正常工作时，可以自动切断电源，对电动机实行 保护 三、简单的光控和温控电路 1集成电路又称 IC，是在硅板上集合各种电子器件，实现某种特定功能的电路模块，它是电 子设备中最重要的部分 2光控自动照明电路 利用光敏电阻作控制元件，从而通过光线来实现自动控制，使电路在天亮时自动切断，天黑自 动接通 3温控电熨斗 利用热敏电阻作控制元件，从而使电熨斗的温度在低于指定值时，电热器通电加热，温度高于 指定值时要将电源关闭 一、传感器的应用实例 例 1 如图 1 所示为某种电冰箱内温度控制器的结构铜制的测温泡 1、细管 2 和弹性金属膜 盒 3 连通成密封系统，里面充有氯甲
4、烷和它的蒸气，构成了一个温度传感器膜盒 3 为扁圆形 (图中显示它的切面)，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片 4 连接盒中气体的压强增大 时，盒体就会膨胀测温泡 1 安装在冰箱的冷藏室中.5、6 分别是电路的动触点和静触点，控 制制冷压缩机的工作拉簧 7 的两端分别连接到弹簧片 4 和连杆 9 上连杆 9 的下端是装在机 箱上的轴凸轮 8 是由设定温度的旋钮(图中未画出)控制的，逆时针旋转时凸轮连杆上端右移， 从而加大对弹簧 7 的拉力 图 1 (1)为什么当冰箱内温度较高时压缩机能够自动开始工作，而在达到设定的低温后又自动停止工 作？ (2)为什么用凸轮可以改变设定的温度？ 解析 (1)
5、冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盒体膨胀，膜盒 3 通过小柱体带动弹 簧片 4，使动触点 5 与静触点 6 接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的温度时弹簧 带动弹簧片 4 将触点 5、6 断开，使压缩机停止工作 (2)凸轮逆时针转动会加大连杆 9 对弹簧 7 的拉力，该拉力与弹性金属膜盒 3 共同控制弹簧片 4 的运动，而弹簧 7 上弹力的变化会改变设定的温度 答案 见解析 例 2 如图 2 所示为冲击防盗报警器的冲击传感器的结构示意图在外壳的绝缘基板上固定一 个螺栓，螺栓上有一个弹簧，弹簧的顶端焊有一个钢球，它们都是电的良导体，外壳也使用电 的良导体制成请简述这种装置防盗的原
6、理 图 2 答案 在静止状态下，不论传感器置于何种状态，钢球和外壳呈断开状态不会导通，一旦传感 器受到外力冲击，如砸、碰、撞、敲击、撬动时，则钢球受到扰动产生运动与外壳接通，便可 触发执行电路，使报警装置开始工作 二、传感器的应用分析 例 3 按图 3 所示连接好电路，合上 S，发现小灯泡不亮，原因是_； 用电吹风对热敏电阻吹一会儿，会发现小灯泡_，原因是 _； 停止吹风，会发现_； 把热敏电阻放入冷水中会发现_ 图 3 答案 由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁 亮了 电吹 风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁 小灯泡不会立即熄灭， 因为热
7、敏电阻温度仍然较高 小灯泡熄灭 三、光控自动照明电路的分析 例 4 如图 4 所示是一种烟雾报警器的控制电路图，其原理简化如下，调节可变电阻 R1使 U230.当有烟雾时， 开始触发工作，其中 Rg是光敏电阻由此可知，要使 开始工作，M741 M741 则应满足( ) 图 4 A 2 3 B 2 3时， ERgR1 R2 Rg ER1 R2Rg 1 控制电路开始工作 答案 A 生活中的传感器简单的光控和温控电路Error! 1(传感器的应用实例)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小一同学利用压敏电阻设计 了判断升降机运动状态的装置，如图 5 甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在
8、上面放一物体 m，升降机静止时电流表示数为 I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过 程( ) 图 5 A物体处于失重状态 B物体处于超重状态 C升降机一定向上做匀加速运动 D升降机可能向下做匀减速运动 答案 BD 解析 电流表的示数变为 2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻 所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D 正确，A、C 错误 2(传感器的应用实例)在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是 PTC 元件，PTC 元件是由钛 酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率 随温度 t 的变化关系如图 6 所示，由于这种特性， PTC 元件具有
9、发热、保温双重功能对此，以下判断正确的是 ( ) 图 6 通电后，其电功率先增大后减小 通电后，其电功率先减小后增大 当其产生的热量与 散发的热量相等时，温度保持在 t1不变 当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在 t1和 t2之间的某一值不变 A B C D 答案 D 解析 当温度由零升到 t1的过程中，PTC 的电阻率 随温度升高而减小，其电阻 R 随之减小， 由于加在灭蚊器上的电压 U 保持不变，灭蚊器的热功率 P 随之增大，当 t t1时， P P1达到最 大当温度继续升高， 增大， R 增大， P 减小；而温度越高，其与外界环境的温度差也就越 大，电热灭蚊器的散热功率 P也就越
10、大，因此在 t1和 t2之间的某一温度 t3会有 P P3 P，即电热功率 P 减小到等于散热功率时，即达到保温当 t t3时， P P，温度 自动升高到 t3；当 t t3时， P P，温度自动降到 t3，实现自动保温，正确选项为 D. 3(自动控制电路的分析与设计)如图 7 所示是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端点 P、 Q 应接触头 a、 b 还是 c、 d？热敏电阻两端 M、 N 应接哪两个触头？ 图 7 答案 见解析 解析 P、 Q 应该分别接触头 a、 b，同时， M、 N 应该分别接触头 e、 f，其工作原理是：当水温 升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增
11、大，使衔铁被吸下， a、 b 断开，使 加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻阻值增大，电磁铁中电流减小，吸引 力减小，衔铁被弹簧拉上去，使 a、 b 之间连接，加热装置开始加热，从而实现水温控制 4(传感器的应用分析)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手轧在里 面，造成工伤事故工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故发生的如图 8 所示为光控继 电器的示意图，它由电源、光电管(当有光照射时，在阴极 K 端会放出电子)、放大器、电磁继 电器等几部分组成这样，当有光照时，灯 L 不亮，当无光照射光电管时，灯 L 亮，则光控继 电器的原理是： _. 图 8 答案 见解
12、析 解析 当光照射光电管时，阴极 K 发射电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流使电磁 铁 M 磁化，将衔铁 N 吸住，灯 L 不亮；无光照射光电管时，电路中无电流， N 自动离开 M，右侧 电路接通，灯 L 亮 题组一 传感器应用实例 1关于电饭锅的说法正确的是( ) A电饭锅中的温度传感器的主要元件是氧化铁 B感温铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性 C用电饭锅烧水，水开时能自动断电 D用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位 答案 BD 2如图 1 所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光 二极管 LED、光电三极管和不透明的挡
13、板平时光电三极管接收不到 LED 发出的光，呈现高电 阻状态发生火灾时，下列说法正确的是( ) 图 1 A进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报 B光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报 C进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报 D以上说法均不正确 答案 C 解析 由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光 电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C 对 3某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也 不能发光
14、，该开关中有两种传感器，它们可能是( ) A热敏电阻和光敏电阻 B金属热电阻和光敏电阻 C热敏电阻和霍尔元件 D光敏电阻和驻极体话筒 答案 D 解析 两种传感器分别把光信号转换为电信号，把声音信号转换为电信号，所以选项 D 正确 4将如图 2 所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定，就可以对火车 运动的加速度进行检测闭合开关 S，当系统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在 O 点，固 定在小球上的变阻器滑片停在变阻器 BC 的正中央，此时，电压表指针指在表盘刻度中央当火 车在水平方向有加速度时，小球在光滑绝杆上移动，滑片 P 随之在变阻器上移动，电压表指针 发生偏转已知，当火
15、车向左加速运动时，电压表的指针向右偏则( ) 图 2 A电压表指针向左偏，说明火车可能向右做加速运动 B电压表指针向右偏，说明火车可能向右做加速运动 C电压表指针向左偏，说明火车可能向右做减速运动 D电压表指针向左偏，说明火车可能向左做加速运动 答案 A 解析 因为当火车向左加速运动时，有向左的加速度，弹簧处于伸长状态，滑片 P 靠近变阻器 C 端，电压表的指针向右偏所以，当滑片 P 靠近变阻器 B 端时，电压表的指针将向左偏，此 时，弹簧处于压缩状态，火车具有向右的加速度，火车可能在向右做加速运动，也可能在向左 做减速运动，选项 A 正确，C、D 错误；同理可知 B 错误 5如图 3 是电熨
16、斗的结构图，下列说法正确的是( ) 图 3 A双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属 B常温下，上、下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上、下触点分离 C需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝上升 D双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断 答案 BD 解析 电热丝通电加热，双金属片温度升高，双金属片的膨胀系数上大下小，温度升高到一定 值时，双金属片向下弯曲使触点断开，停止供电，A 错，B、D 对；需要较高温度熨烫时，要调 节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，使双金属片稍向下弯曲，这样要使触点断 开双金属片向下弯曲程度要大一些，温度也需要更高一些，C 错 题组二 自动控
17、制电路的分析与设计 6如图 4 所示为用热敏电阻 R 和继电器 L 等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的 阻值会随温度的升高而减小电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加 热器(图中未画出)相连接则 ( ) 图 4 A当温度降低到某一数值，衔铁 P 将会被吸下 B当温度升高到某一数值，衔铁 P 将会被吸下 C工作时，应该把恒温箱内的加热器接在 C、 D 端 D工作时，应该把恒温箱内的加热器接在 A、 C 端 答案 B 解析 根据温度变化，分析 R 的变化，确定电路中电流的变化当温度降低到某一数值，热敏 电阻 R 的阻值增大，电路中电流减小，继电器 L 对衔铁 P 吸引
18、力减小， P 将不会被吸下，故 A 错误当温度升高到某一数值，热敏电阻 R 的阻值减小，电路中电流增大，继电器 L 对衔铁 P 吸引力增大， P 将会被吸下，故 B 正确恒温箱内温度高到一定数值后，应与电源断开停止加 热，由以上分析可知，温度升高后， A、 B 端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在 A、 B 端，故 C、D 错误 7. 如图 5 所示为小型电磁继电器的构造示意图，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 5 A A
19、 与 B 接信号电压， C 与 D 可跟被控电路串联 B A 与 B 接信号电压， C 与 D 可跟被控电路并联 C C 与 D 接信号电压， A 与 B 可跟被控电路串联 D C 与 D 接信号电压， A 与 B 可跟被控电路并联 答案 A 8小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制经检查，恒温箱的 控制器没有故障如图 6 所示，下列对故障判断正确的是( ) 图 6 A只可能是热敏电阻出现故障 B只可能是温度设定装置出现故障 C热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障 D可能是加热器出现故障 答案 C 解析 由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向
20、控制器传递 错误信息，导致控制器发出错误指令，故 C 正确，A、B 错误若加热器出现故障，只有一种可 能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故 D 错误 9某同学设计的家庭电路保护装置如图 7 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 路仅考虑 L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有( ) 图 7 A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
21、 将被电磁铁吸起 答案 ABD 解析 电路正常或短路时，火线和零线中通过的电流大小相等、方向相反，故 L1中火线与零线 中电流产生的磁场相抵消，铁芯中的磁通量为零， L2中无感应电流产生，电磁铁中也就无电流， 开关 K 不会被吸起，A、B 项正确，C 项错误当地面上的人接触火线发生触电时，火线与零线 中的电流大小不再相等，则 L2中产生感应电流，电磁铁也就能把开关 K 吸起，即 D 正确 10如图 8 中甲为在温度为 10 左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻 R120 k， R210 k， R340 k， Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所 示当 a、 b 端电压
22、 Uab0 时，电压鉴别器会令开关 S 接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内 温度升高；当 Uab0 时，电压鉴别器会令开关 S 断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在 _ . 图 8 答案 35 解析 设电路路端电压为 U，当 Uab0 时，有 R1 R3，解得 Rt20 k.由题图乙 UR1 R2 UR3 Rt 可知，当 Rt20 k 时，恒温箱内的温度稳定在 35 . 11如图 9 所示为一自动控制温度的电路，请说明其工作原理 图 9 答案 见解析 解析 当温度较低时，开关 P 在弹簧拉力作用下拉到上面与 a 接触，电热丝工作；随着温度升 高，电热丝电阻增大，与电阻丝相并联的热敏电阻两端电压增大，热敏电阻温度升高，阻值减 小，通过电磁铁的电流增大；磁性增强到一定程度时把 P 吸到 b，电热丝停止工作，指示灯 亮
