第十章實驗十一傳感器的簡單應用第一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五第二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五一、實驗目的1．認識熱敏電阻、光敏電阻等傳感器的特性．2．了解傳感器在技術上的簡單應用．第三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五二、實驗原理傳感器能將它感受到的物理量(如力、熱、光、聲等)轉換成便于測量的量(一般是電學量)．其工作過程是通過對某一物理量敏感的元件將感受到的信號按一定規律轉換成便于利用的信號．例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉換成電信號，熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號轉換成電信號，轉換后的信號經過電子電路的處理就可達到方便檢測、自動控制、遙控等各種目的．第四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五傳感器工作的原理可用下面框圖表示：第五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五三、實驗器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線等．四、研究熱敏電阻的熱敏特性1．實驗步驟(1)按圖實－11－1所示連接好電路，

將熱敏電阻絕緣處理．(2)把多用電表置于“歐姆擋”，并選擇適當的量程測出燒杯中沒有熱圖實－11－1水時熱敏電阻的阻值，并記下溫度計的示數；第六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五(3)向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記

下溫度計的示數和多用電表測量的熱敏電阻的阻值；(4)將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻

值，并記錄．2．數據處理(1)根據記錄數據，把測量到的溫度、電阻值填入下表中，分

析熱敏電阻的特性.次數待測量溫度(℃)電阻(Ω)第七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五(2)在圖實－11－2所示的坐標系中，

粗略地畫出熱敏電阻的阻值隨

溫度變化的圖線．圖實－11－2(3)根據實驗數據和R－t圖線，得出

結論：熱敏電阻的阻值隨溫度的

升高而減小，隨溫度的降低而增大．第八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五五、研究光敏電阻的光敏特性1．實驗步驟(1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動變阻器按如圖實－11－3所示電路連接好，其中多用電表置于歐姆“×100”擋；圖實－11－3(2)先測出在室內自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數

據；(3)打開電源，讓小燈泡發光，調節小燈泡的亮度使之逐漸變

亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄；(4)用手掌(或黑紙)遮光時電阻值又是多少？并記錄．第九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五2．數據處理把記錄的結果填入下表中，根據記錄數據分析光敏電阻的

特性.光照強度弱中強無光照射阻值Ω結論：光敏電阻的阻值被光照射時發生變化，光照增強電阻變小，光照減弱電阻變大．第十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五六、注意事項1．在熱敏實驗時，加開水后要等一會兒再測其阻值，以使

電阻溫度與水的溫度相同，并同時讀出水溫．2．在光敏實驗中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放

入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上

的光的多少．3．歐姆表每次換擋后都要重新調零．七、誤差分析此實驗的誤差主要來源于溫度計和歐姆表的讀數．第十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五八、實驗改進對于熱敏電阻的特性，可用以下實驗進行：如圖實－11－4所示，將多用電圖實－11－4表的選擇開關置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與負溫度系數的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時表針指在某一刻度，觀察下述操作下的指針偏轉情況：第十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五(1)往Rt上擦一些酒精；(2)用吹風機將熱風吹向電阻．實驗分析：(1)中指針左偏，說明Rt的阻值增大；酒精蒸發

吸熱，熱敏電阻的溫度降低，所以熱敏電阻的阻值隨溫度的降低而增大．(2)中指針右偏，說明Rt的阻值減小，而熱敏電阻Rt的溫度升

高，故熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小．優點：改進后的實驗簡單易操作，學生很快得出結論．第十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五第十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五[例1]

熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件，現用伏安法研究電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整．已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4Ω～5Ω.將熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中，杯內有一定量的冷水，其他備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水瓶(圖中未畫出)、電源(3V、內阻可忽略)、直流電流表(內阻約1Ω)、直流電壓表(內阻約5kΩ)、滑動變阻器(0～20Ω)、開關、導線若干．電阻傳感器第十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五(a)圖實－11－5第十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五(1)在圖實－11－5(a)中畫出實驗電路圖．(2)根據電路圖，在圖實－11－5(b)所示的實物圖上連線．(3)簡要寫出完成接線后的主要實驗步驟．第十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五[解析]

常溫下待測熱敏電阻的阻值(約4Ω～5Ω)較小，應該選用安培表外接法．熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，熱敏電阻兩端的圖實－11－6電壓由零逐漸增大，滑動變阻器選用分壓式．(1)實驗電路如圖實－11－6所示．(2)根據電路圖，連接實物圖如圖實－11－7所示．第十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五圖實－11－7第十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五(3)完成接線后的主要實驗步驟：①往保溫杯里加一些熱水，待溫度計穩定時讀出溫度計值；②調節滑動變阻器，快速測出幾組電壓表和電流表的值；③重復①和②，測量不同溫度下的數據；④繪出各測量溫度下的熱敏電阻的伏安特性曲線．[答案]

見解析第二十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五力傳感器[例2]

如圖實－11－8所示為某種電子秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑動變阻器，阻值為R，長度為L，兩邊分別有P1、P2兩個滑動頭，與P1相連的金屬細桿可在被固定的豎直光滑絕緣桿MN上保持水平狀態，金屬細桿與托盤相連．金屬細桿所受重力忽略不計，彈簧處于原長時P1剛好指向A端，若P1、P2間出現電壓時，該電壓經過放大通過信號轉換后在顯示屏上顯示出質量的大小．已知彈簧的勁度系數為k，托盤自身質量為m0，電源的電動勢為E，電源的內阻忽略不計，信號放大器、信號轉換器和顯示器的分流作用忽略不計．求：第二十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五圖實－11－8第二十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五(1)托盤上未放物體時在托盤的自身重力作用下P1距A端的距離x1；(2)在托盤上放有質量為m的物體時P1距A端的距離x2；(3)在托盤上未放物體時通常先校準零點，其方法是：調節P2，從而使P1、P2間的電壓為零，校準零點后將被稱物體放在托盤上．試推導出被稱物體的質量m與P1、P2間電壓U的函數關系式．第二十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五[思路點撥]托盤上未放物體時，托盤有重力，此時彈簧的壓縮量為多少？在托盤上放有質量為m的物體時，只有物體壓縮彈簧嗎？放上重物后，向下壓縮彈簧，帶動指針向下運動，從而使P1和P2之間的電阻長度發生變化，導致兩點間的電壓有變化，最終根據閉合電路的歐姆定律，能換算出物體的質量和電壓U的關系嗎？第二十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五第二十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五創新設計實驗[例3]

為了節能和環保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統．光控開關可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發生變化的元件(照度可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為lx)．某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(kΩ)754028232018第二十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五(1)根據表中數據，請在圖實－11－9所示的坐標系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點．圖實－11－9第二十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五第二十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限選其中之一并在圖中標出)；開關S及導線若干．圖實－11－10第二十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五