2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)教师用-第4讲　传感器　实验十七　利用传感器制作简单的自动控制装置.docxVIP

第4讲传感器

实验十七利用传感器制作简单的自动控制装置

学习目标1.知道什么是传感器,知道光敏电阻和热敏电阻等敏感元件的特性和应用。2.学会传感器的简单使用并会制作简单的自动控制装置。

考点一常见的传感器

1.传感器的工作原理:能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量,并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量,或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量,可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。传感器应用的一般模式如图所示:

2.传感器的核心元件

(1)敏感元件:能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。

(2)转换元件:能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。

(3)信号调整与转换电路:能把输出的微弱的电信号放大的部分。

3.传感器的分类

工作原理

举例

物理

传感器

利用物质的物理特性或物理效应感知并检测出待测对象信息

力传感器、磁传感器、声传感器等

化学

传感器

利用电化学反应原理,把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号

离子传感器、气体传感器等

生物

传感器

利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质

酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等

4.五种敏感元件的作用和特点

敏感

元件

作用

特点

热敏

电阻

将温度这个热学量转换为电阻这个电学量

一般情况下,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

金属热

电阻

将温度这个热学量转换为电阻这个电学量

一般情况下,金属热电阻的阻值随温度的升高而增大,随温度的降低而减小

光敏

电阻

将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量

一般情况下,光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小,随光照强度的减弱而增大

霍尔

元件

将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量

对于某个确定的霍尔元件,它的厚度d、霍尔系数k为定值,如果保持电流I恒定,则霍尔电压UH就与磁感应强度B成正比(UH=kIBd

压敏

电阻

将压力这个力学量转换为电阻这个电学量

压敏电阻的阻值随压力的变化而变化

判断正误

(1)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。(√)

(2)传感器只能感受温度和光两个物理量。(×)

(3)随着光照的增强,光敏电阻的电阻值一定逐渐增大。(×)

(4)电子秤所使用的测力装置是力传感器,它是把力信号转换为电压信号。(√)

例1某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示,电路中的R1和R2,其中一个是定值电阻,另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高,对压力传感器的压力越大,压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时,控制开关自动开启低水位预警;当a、b两端的电压需小于U2(U1、U2为定值)时,控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是()

A.U1U2

B.R2为压力传感器

C.若定值电阻的阻值越大,开启高水位预警时的水位越低

D.若定值电阻的阻值越大,开启低水位预警时的水位越高

答案C

解析该系统的原理是利用a、b两端的电压变化控制自动开关的通断,则R1为压力传感器,当水位较低时,压力较小,R1阻值较大,则U1较大,则U1U2,A、B错误;根据闭合电路欧姆定律可知,a、b两端的电压为U=ER1+R2R1=E1+R2R1,若定值电阻的阻值越大,则R1分到的电压越小,当开启低水位预警时,a、b两端的电压大于U1,R1压力传感器阻值需要越大,则水位越低;同理当开启高水位预警时,a、b两端的电压需小于U2,R1

例2(2025·八省联考云南卷,3)某学习小组在暗室中利用多用电表验证“硫化镉光敏电阻的阻值随光照强度增大而减小”的特性,实验电路如图甲所示。保持电阻箱R的阻值不变,则()

A.直接测量R的电压时,按图乙接入多用电表

B.直接测量R的电流时,按图丙接入多用电表

C.正确测量R的电压时,多用电表示数随光照强度增大而增大

D.正确测量R的电流时,多用电表示数随光照强度增大而减小

答案C

解析直接测量R的电压时,电压表应该与电阻并联,故A错误;直接测量R的电流时,电流表应该与电阻串联,故B错误;正确测量R的电压时,多用电表与电阻并联,当光照强度增大时,光敏电阻的阻值减小,则总电阻减小,总电流增大,则电阻R两端电压增大,即多用电表读数增大,可知多用电表示数随光照强度增大而增大,故C正确;正确测量R的电流时,多用电表与电阻串联,当光照强度增大时,光敏电阻阻值减小,则总电阻减小,总电流增大,即多用电流表示数随光照强度增大而增大,故D错误。

考点二利用传感器制作简单的自动控制装置

例3(2025·四川成都模拟)纯电动汽车的蓄电池的安全性,主要体现在对其温度的控制上,当电池温度过高时,必须立即启动制冷系统进行降温。图甲是小明设计的模拟控温装置示意图,电磁