传感器的原理及应用

1 / 11 传感器的原理及应用 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 传感器的原理及应用 要点一传感器的工作原理 即学即用 1.半导体中参与导电的电流载体称为载流子 .N 型半导体的载流子是带负电的电子 ,P型半 导体的载流子是带正电的 “ 空穴 ”. 一块厚度为 d、高度为 l的长方形半导体样品 ,置于 方向如图所示、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中 ,当半导体样品中通以如图所示方向、大小为 I 的恒定电流时 , 样品上、下底面出现恒定电势差 U,且上表面带正电、下表面带负电 .设半导体样品中每个载流 子带电荷量为 q,半 导体样品中载流子的密度（单位体积内载流子的个数）用 n表示 ,则下列关于样品材料类型的判断和其中载流子密 度 n 的大小 ,正确的是（） A.是 N 型半导体 B.是 P 型半导体 = 答案 BD 要点二传感器的应用 即学即用 2 / 11 2.如图（ 1）所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路 ,电源电压恒定 .电流表内阻不计 ,开关闭合后 ,调节滑动变 阻器滑片 ,使小灯泡发光逐渐增强 ,测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图（ 2）所示 ,试根据这一特性设计一 个路灯的自动光控电路 . 答案由光敏电 阻的特性曲线可以看出 ,当入射光增强时 ,光敏电阻的阻值减小 ,流过光敏电阻的电流增大 . 根据题意设计一个路灯自动控制电路如下图所示 . 控制过程是 :当有光照时 ,光电流经过放大器输出一个较大的电流 ,驱动电磁继电器吸合 ,使两个常闭触点断开 ,路 灯熄灭 ;当无光照时 ,光电流减小 ,放大器输出电流减小 ,电磁继电器释放衔铁 ,使两个常闭触点闭合 ,控制路灯电路 接通 ,路灯开始工作 . 题型 1 电路设计性问题 【例 1】现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干 .如图所示 ,试设计 一个温控电路 . 要求温度低于某一温度时 ,电炉丝自动通电供热 ,超过某一温度时 ,又可以自动断电 ,画出电路图说明工作过程 . 3 / 11 答案电路图如下图所示 工作过程：闭合 S 当温度低于设计值时热敏电阻阻值大 ,通过电磁继电器的电流不能使它工作 ,k接通电炉丝加热 . 当温度达到设计值时 ,热敏电阻减小到某值 ,通过电磁继电器的电流达到工作电流 ,k断开 ,电炉丝断电 ,停止供热 . 当温度低于设计值 ,又重复前述过程 . 题型二结合传感器的综合试题 【例 2】用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度 ,该装置是在矩形箱子的前、后壁 上各安装一个由力敏电阻组合成的压力传感器 ,用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为的滑块 ,滑块可无摩擦 滑动 ,两弹簧的另一端分别压在传感器 a、 b 上 ,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出 .现将装置沿运动 方向固定在汽车上 ,传感器 b 在前 ,传感器 a 在后 .汽车静止时 ,传感器 a、 b 的示数均为 10N.（ g 取 10m/s2） （ 1）若传感器 a 的示数为 14N,b 的示数为 ,求此时汽车的加速度大小和方向 . （ 2）当汽车以怎样的加速度运动时 ,传感器 a 的示数为零 . 答案（ 1） 4m/s2向右（ 2） 10m/s2 向左 题型 3 生活物理 【例 3】如图所示为某种电子秤的原理示意图 ,AB 为一均匀4 / 11 的滑动变阻器 ,阻值为 R,长度为 L,两边分别有 P1、 P2两 个滑动头 ,P1 可在竖直绝缘光滑的固定杆 mN 上保持水平状态而上下自由滑动 ,弹簧处于原长时 ,P1刚好指着 A 端 ,P1 与托盘固定相连 ,若 P1、 P2间出现电压时 ,该电压经过放大 ,通过信号转换器后在显示屏上可显示物体重力的大小 . 已知弹簧的劲度系数为 k,托盘自身质量为 m0,电源电动势为 E,内阻不计 ,当地的重力加速度为 g.求： （ 1）托盘尚 未放物体时 ,在托盘自身重力作用下 ,P1 离 A 的距离 x1. （ 2）托盘上放有质量为 m 的物体时 ,P1离 A 的距离 x2. （ 3）在托盘上未放物体时通常先校准零点 ,其方法是：调节P2,使 P2离 A 的距离也为 x1,从而使 P1、 P2间的电压为 零 .校准零点后 ,将物体 m 放在托盘上 ,试推导出物体质量 m与 P1、 P2间的电压 U 之间的函数关系式 . 答案（ 1）（ 2）（ 3） m= 1.关于传感器的下列说法正确的是（） A.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的 B.金属材料也可以制成传感器 c.传感器主要是通 过感知电压的变化来传递信号 D.以上说法均不正确 5 / 11 答案 B 2.如图所示 ,是一个测定液面高度的传感器 ,在导线芯的外面涂上一层绝缘物质 ,放在导 电液体中 ,导线芯和导电液构成电容器的两极 .把这两极接入外电路 ,当外电路中的电 流变化使电容值增大时 ,则导电液体的深度 h 变化为（） 增大减小不变 D.无法确定 答案 A 3.请设计一个用光敏电阻来模拟路灯的自动夜开昼关的电路 .提供的仪器：光敏电阻、小灯泡、电源、继电器、滑动 变阻器、开关、导线若干 . 答案电路设计如下图所示 .原理简述：据光敏电阻的阻值随入射 光强度的增强而减小 ,当白天时 ,照射光敏电阻的 光强度大 ,R1 阻值减小 ,电流增大 ,电磁铁把衔铁 P 吸下使 B脱离 A,切断电灯电路 ,夜晚时相反 . 4.把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源按如图甲所示电路连接 ,制成光电报警装置 .当报警器有光照射时 , 蜂鸣器发声 ,当没有光照或者光照很弱时 ,蜂鸣器不发声 .光敏电阻 :光敏电阻受光照后 ,阻值会变小 . 干簧管继 电器开关 :由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成 ,如图乙所示 .当线圈中有一定的电流时 ,线圈产生的磁场使密封在 6 / 11 干簧管内的两个铁质簧片磁化 ,两个簧片在磁力 作用下由原来的分离状态变成闭合状态 .当线圈中没有电流或者电 流很微弱时 ,磁场消失 ,簧片在弹力的作用下回复到分离状态 .试说明光电报警器的工作原理 . 答案当报警器有光照射时 ,光敏电阻阻值减小 ,电路中电流增大 ,线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质 簧片磁化 ,两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态 ,蜂鸣器电路接通 ,蜂鸣器发声 .反之 ,当没有光照射或光照很 微弱时 ,光敏电阻阻值很大 ,电路中的电流很小 ,干簧管内的两个铁质簧片处于分离状态 ,连接蜂鸣器的电路断开 , 蜂鸣器不发声 . 1.关于传感器的作用 ,下列说法正确的有（） A.通常的传感器可以直接用来进行自动控制 B.传感器可以用来采集信息 c.传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量 D.传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量 答案 Bc 2.如图所示 ,截面为矩形的金属导体 ,放在磁场中 ,当导体中通有电流时 ,导体的上下表面的电 势关系为（） =6V 所以灯泡比原来更亮 ,有可能烧坏 . 13