第五章

傳感器第3節(jié)

利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置

020301主題(二)光控開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)主題(一)門窗防盜報(bào)警設(shè)計(jì)目錄CONTENTS主題(三)實(shí)戰(zhàn)設(shè)計(jì)分析

04第3節(jié)

利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置主題(四)鞏固提高

新課引入:利用傳感器如何制作一個(gè)門窗自動(dòng)防盜報(bào)警系統(tǒng)？目標(biāo)效果：當(dāng)門窗緊閉時(shí)，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門窗被打開(kāi)時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，指示燈滅。第一部分門窗防盜報(bào)警設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)目標(biāo):干簧管一、門窗防盜報(bào)警設(shè)計(jì)門窗遠(yuǎn)離，蜂鳴器警報(bào)，指示燈滅。2.核心部件:門窗靠近，蜂鳴器不響，指示燈亮；報(bào)警電路需要哪些器材？蜂鳴器一、門窗防盜報(bào)警設(shè)計(jì)3.實(shí)驗(yàn)器材:電源、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、干簧管、繼電器、蜂鳴器、發(fā)光二極管、電阻、小磁體。①干簧管:作為傳感器，用于感知磁體磁場(chǎng)是否存在②繼電器:相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)的雙向開(kāi)關(guān)。③發(fā)光二極管:作為電路正常工作提示電磁繼電器：是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（輸入回路）和被控制系統(tǒng)（輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”一、門窗防盜報(bào)警設(shè)計(jì)4.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖:一、門窗防盜報(bào)警設(shè)計(jì)繼電器門窗遠(yuǎn)離，蜂鳴器警報(bào)，指示燈滅。門窗靠近，蜂鳴器不響，指示燈亮；4.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖:一、門窗防盜報(bào)警設(shè)計(jì)繼電器②當(dāng)門窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管，干簧管兩個(gè)簧片被磁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)③當(dāng)門窗開(kāi)啟時(shí)，磁體離開(kāi)干簧管，干簧管失磁斷開(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。①閉合電路開(kāi)關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)一、門窗防盜報(bào)警設(shè)計(jì)5.工作原理:門窗靠近，蜂鳴器不響，指示燈亮；門窗遠(yuǎn)離，蜂鳴器警報(bào)，指示燈滅。第二部分光控開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)1.目標(biāo)效果：二、光控開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)光照弱，路燈開(kāi)啟；光照強(qiáng)，路燈熄滅。2.核心部件：

光敏電阻+晶體三極管只能通過(guò)微弱電流

放大電流電壓達(dá)到一定值就可以放大電流1.目標(biāo)效果：二、光控開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)光照弱，路燈開(kāi)啟；光照強(qiáng)，路燈熄滅。2.核心部件：

光敏電阻+晶體三極管可調(diào)電阻、限流電阻、光敏電阻、暗電阻、亮電阻、三極管、發(fā)光二極管、繼電器、小燈泡、二極管、電源3.實(shí)驗(yàn)器材：

4.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖:①當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)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。②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。二、光控開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)5.工作原理:強(qiáng)光→RG很小→三極管不導(dǎo)通→小燈泡不亮。弱光→RG很大→三極管有大電流→小燈泡亮。6.操作過(guò)程：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。二、光控開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)①如圖所示連接電路，檢查無(wú)誤后，接通電源。②讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1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。第三部分實(shí)戰(zhàn)設(shè)計(jì)分析【典例1】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)加速度計(jì),如圖所示,較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移,滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著，R為滑動(dòng)變阻器,4是滑動(dòng)片,它與電器任一端之間的電阻值都與它到這端的距離成正比。這個(gè)裝置就是一個(gè)加速度傳感器。兩個(gè)電池E的電壓相同。按圖連接電路后,電壓表指針的零點(diǎn)位于表盤中央,當(dāng)P端的電勢(shì)高于Q端時(shí),指針向零點(diǎn)右側(cè)偏轉(zhuǎn)。將框架固定在運(yùn)動(dòng)的物體上,當(dāng)物體具有圖示方向的加速度a時(shí),電壓表的指針將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)?簡(jiǎn)述你分析的過(guò)程？三、實(shí)戰(zhàn)設(shè)計(jì)分析答：當(dāng)物體具有圖示方向的加速度a時(shí),滑塊向左移,則變阻器右端電阻變大,P點(diǎn)電勢(shì)降低,則Q點(diǎn)電勢(shì)高于P點(diǎn),則指針應(yīng)向零點(diǎn)左側(cè)偏轉(zhuǎn)。三、實(shí)戰(zhàn)設(shè)計(jì)分析

【典例2】雙金屬溫度傳感器是將兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬貼合在一起制成的。當(dāng)它溫度升高時(shí)，兩種金屬伸長(zhǎng)不一樣而發(fā)生彎曲變形，使觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)。日光燈啟動(dòng)器里就有一個(gè)雙金屬溫度傳感器。取一個(gè)報(bào)廢的日光燈啟動(dòng)器，去掉外殼，在充有氖氣的玻璃泡內(nèi)，有一個(gè)U形的雙金屬片，其旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對(duì)觸點(diǎn)。常溫下兩觸點(diǎn)是分離的，溫度升高時(shí)，雙金屬片因形變而與金屬絲接觸。敲碎氖泡的玻璃，調(diào)節(jié)兩觸點(diǎn)之間的距離，使溫度升高到60℃時(shí)兩觸點(diǎn)恰好接通。請(qǐng)你利用這個(gè)雙金屬溫度傳感器，設(shè)計(jì)一個(gè)電熱水器自動(dòng)加熱的控制方案。當(dāng)水溫低于60℃時(shí)自動(dòng)通電加熱，高于60℃時(shí)自動(dòng)斷電。【典例3】工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動(dòng)時(shí)，稍有不慎就會(huì)把手壓在里面，造成工傷事故，工廠中大都是利用光電控制設(shè)備來(lái)避免事故發(fā)生的。如圖所示為光控繼電器的示意圖，它由電源、光電二極管（當(dāng)有光照射時(shí)，二極管導(dǎo)通；沒(méi)有光照時(shí)，二極管截止。）、放大器、電磁繼電器等幾部分組成。這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即帶動(dòng)開(kāi)關(guān)，使機(jī)床停止工作，避免事故發(fā)生。請(qǐng)簡(jiǎn)述光控繼電器的原理。三、實(shí)戰(zhàn)設(shè)計(jì)分析答：光電二極管安裝在危險(xiǎn)區(qū)域附近，當(dāng)光線正常照射時(shí)（工人未遮擋），光電二極管導(dǎo)通，產(chǎn)生微小電流；若光線被遮擋（如手伸入），二極管截止，電流中斷。光電二極管產(chǎn)生的電流經(jīng)放大器放大，驅(qū)動(dòng)電磁繼電器的線圈。有光照時(shí)，放大后的電流使線圈得電；無(wú)光照時(shí)，電流消失，線圈失電。線圈失電，銜鐵在彈簧作用下復(fù)位，切斷機(jī)床電源或觸發(fā)制動(dòng)機(jī)制，立即停機(jī)。【典例4】現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干。如圖所示，試設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電路。要求溫度低于某一溫度時(shí)，電爐絲自動(dòng)通電供熱，超過(guò)某一溫度時(shí)，又可以自動(dòng)斷電，畫出電路圖說(shuō)明工作過(guò)程。三、實(shí)戰(zhàn)設(shè)計(jì)分析3.溫度下降后重新加熱：溫度降低時(shí)，RT?

阻值回升，控制電流減小，繼電器釋放，常閉觸點(diǎn)重新閉合，電爐絲恢復(fù)供電，繼續(xù)加熱。低溫狀態(tài)（需加熱）：溫度低時(shí)，熱敏電阻

??RT?

阻值

較高，控制回路電流

較小，繼電器線圈

磁力不足，常閉觸點(diǎn)保持閉合，電爐絲通電加熱。溫度升高至設(shè)定閾值：當(dāng)溫度上升，??RT?

阻值

降低，控制回路電流

增大，繼電器線圈

磁力增強(qiáng)，吸合銜鐵，斷開(kāi)常閉觸點(diǎn)，電爐絲斷電，停止加熱。溫度下降后重新加熱：溫度降低時(shí)，??RT?

阻值

回升，控制電流

減小，繼電器釋放，常閉觸點(diǎn)重新閉合，電爐絲恢復(fù)供電，繼續(xù)加熱。低溫狀態(tài)：溫度低時(shí)，熱敏電阻RT?

阻值較高，控制回路電流

較小，繼電器線圈磁力不足，常閉觸點(diǎn)保持閉合，電爐絲通電加熱。2.溫度升高至設(shè)定閾值：當(dāng)溫度上升，RT?

阻值降低，控制回路電流

增大，繼電器線圈

磁力增強(qiáng)，吸合銜鐵，斷開(kāi)常閉觸點(diǎn)，電爐絲斷電，停止加熱。課堂小結(jié)利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置

光控開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)門窗防盜報(bào)警設(shè)計(jì)鞏固提高實(shí)戰(zhàn)設(shè)計(jì)分析【練習(xí)1】(多選)下圖是溫度報(bào)警器電路示意圖,其中RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻,下列關(guān)于對(duì)此電路的分析正確的是(

)A.當(dāng)RT的溫度降低時(shí),RT增大,蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲B.當(dāng)RT的溫度升高時(shí),RT減小,蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲C.當(dāng)增大R時(shí),溫度要更高一些,蜂鳴器才會(huì)發(fā)出報(bào)警聲D.當(dāng)增大R時(shí),溫度低一些,蜂鳴器就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲課堂練習(xí)BC【練習(xí)2】如圖所示是一位同學(xué)設(shè)計(jì)的防盜門報(bào)警器的簡(jiǎn)化電路示意圖。門打開(kāi)時(shí),紅外光敏電阻R3受到紅外線照射,電阻減小;門關(guān)閉時(shí)會(huì)遮蔽紅外線源(紅外線源沒(méi)有畫出)。經(jīng)實(shí)際試驗(yàn),可知燈的亮滅情況能反映門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。門打開(kāi)時(shí)兩燈的發(fā)光情況及R2兩端電壓UR2與門關(guān)閉時(shí)相比的變化情況為(

)A.紅燈亮,UR2變大 B.綠燈亮,UR2變大C.綠燈亮,UR2變小 D.紅燈亮,UR2變小課堂練習(xí)D【練習(xí)3】(光控開(kāi)關(guān))某同學(xué)想把房間窗簾改成自動(dòng)開(kāi)啟、自動(dòng)關(guān)閉的,他的設(shè)想是:白天房間要透光,也要防止太陽(yáng)光直射室內(nèi),因此要用薄紗型的窗簾;傍晚太陽(yáng)下山后,要用厚絨的窗簾,同時(shí)收起薄紗簾。請(qǐng)你幫他設(shè)計(jì)電路,選購(gòu)器材并連好電路圖。不考慮電動(dòng)機(jī)工作結(jié)束后的狀態(tài)。答:如圖所示,白天光照