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物理3-2人教版精编习题含详解答案第六章传感器章末测试剖析
本章优化总结
传感器
传感器的工作原理及常用敏感元件
1.传感器感受的通常是非电学量,如力、热、磁、光、声等,而它输出的通常是电学量,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作,传感器原理如下所示:
→→→→
2.常见敏感元件及特性
(1)光敏电阻:光敏电阻在被光照射时电阻发生变化,光照增强电阻减小,光照减弱电阻增大.
(2)热敏电阻和金属热电阻:金属热电阻的电阻率随温度升高而增大,热敏电阻有正温度系数电阻、负温度系数电阻两种.正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大,负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小.
(3)霍尔元件:能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件,UH=k.
如图甲所示为在温度为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R1=20 kΩ、R2=10 kΩ、R3=40 kΩ,RT为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示,a、b端电压Uab≤0时,电压鉴别器会令开关S接触,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度升高;当a、b端电压Uab0时,电压鉴别器会令开关S断开,停止加热,则恒温箱内的温度可保持在( )
A.10 ℃ B.20 ℃
C.30 ℃ D.45 ℃
[解析] 由题可知Uab=0是一个电压的临界点,对应着开关S的动作,而开关的动作对应着温度的上升或下降.由电路图可知,在R1、R2、R3给定的条件下,热敏电阻RT的阻值决定了Uab的正负.设电源负极的电势为零,则φa=U,φb=U,其中U为电源的路端电压,令φa=φb,即Uab=0,则可得=,代入数据得RT=20 kΩ,由题图乙得对应的温度为30 ℃,C正确.
[答案] C
[方法总结] 本题利用热敏电阻为传感器,将温度变化的信号转化为电信号,结合电子线路来控制加热电路.正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线,是解决本类习题的关键.
1.利用光敏电阻制作的光传感器,记录了传送带上工件的输送情况,如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器,光传感器B能接收到发光元件A发出的光,每当工件挡住A发出的光时,光传感器就输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时间的关系,如图乙所示.若传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离为0.2 m,则下列说法正确的是( )
A.传送带运动的速度是0.1 m/s
B.传送带运动的速度是0.2 m/s
C.该传送带每小时输送3 600个工件
D.该传送带每小时输送7 200个工件
解析:选BC.从乙图可以知道:每间隔1秒的时间光传感器就输出一个电信号,而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离,所以传送带运动的速度是v= m/s=0.2 m/s,故A错误、B正确;传送带每小时传送的距离为s=vt=0.2×3 600 m,工件个数为n==3 600个,C正确、D错误.
自动控制电路的分析方法
传感器问题具有涉及知识点多、综合性强、能力要求高等特点,而传感器的形式又多种多样,原理较难理解,搞清传感器的工作原理是求解问题的关键.
1.确定传感器所感受到的物理量
传感器所感受到的物理量有力、热、磁、光、声等.
2.转换电路把输出转换成电学量信号
通过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理、显示、记录或控制的量.
如图所示,A是浮子,B是金属触头,C为住宅楼房顶上的蓄水池,M是带水泵的电动机,D是弹簧,E是衔铁,F是电磁铁,S1、S2分别为触头开关,S为开关,J为电池.请利用上述材料,设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置.
(1)连接电路图;
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替).
[解析] (1)如图所示.
(2)按图接好电路,合上开关S,水泵工作,水位升高,当浮子上升使B接触到S1时,左侧电路(控制电路)工作,电磁铁F有磁力,拉下衔铁E,使S2断开,电动机M不工作,停止注水,当水位下降使B与S1脱离,电磁铁电路停止工作,F无磁性,弹簧的弹力使D拉动E,使S2接通,M工作.
[答案] 见解析
[方法总结] 自动控制电路的设计应注意以下几点:
(1)要明确设计意图,弄清控制条件和相应的自动控制原理.
(2)要明确应选用哪种传感器,该传感器怎样感知控制条件及怎样转化为电学量输出.
(3)选用什么样的执行机构,该执行机构怎样执行自动控制.
(4)采用什么样的电路来实现自动控制.
2.如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图,要求是:正常情况绿灯亮,有险情时电铃报警,则图中甲、乙、丙分别是( )
A.小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡
B.绿灯泡、半导体热敏电阻、
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