鲁科版选修32 第5章 传感器及其应用 章末复习课 学案.doc

巩固层知识整合体系构建核心速填1传感器：感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置2传感器的分类：(1)物理传感器(如将力、位移、温度等转化为电学量)；(2)化学传感器(如将气味、浓度等转化为电学量)；(3)生物传感器(如将细胞、酶等信息转化为电学量)3传感器的一般组成结构是：非电学量敏感元件转换元件转换电路电学量提升层能力强化传感器工作原理、常见敏感元件及其应用1.传感器的工作原理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，传感器原理如框图所示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)金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大(3)热敏电阻：热敏电阻有正温度系数、负温度系数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(4)电容：平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化，例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化3传感器的复杂应用(1)搞清传感器的原理及应用过程是求解该类问题的关键(2)与电路的结合问题涉及到电路的动态变化问题时要抓住题目的关键信息及敏感元件的特性，如光强度的变化、光敏电阻的变化、温度的变化、热敏电阻的变化，分析的顺序同直流电路动态问题分析一样，先从部分到整体，再到部分涉及到电路的计算问题时，由于敏感元件变化的特性，所以找准对应时刻、位置等，把握图象的信息非常重要如图51所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的iu关系曲线图图51(1)为了通过测量得到图所示iu关系的完整曲线，在图52甲和乙两个电路中应选择的是图 ；简要说明理由： .(电源电动势为9 v，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0100 )图52(2)在如图53所示电路中，电源电压恒为9 v，电流表读数为70 ma，定值电阻r1250 .由热敏电阻的iu关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为 v；电阻r2的阻值为 .图53【解析】(1)应选择图甲，因为图甲电路电压可从0 v调到所需电压，电压调节范围大(2)由题图知r2与热敏电阻串联后与r1并联接在9 v电源上，总电流i70 ma，r1250 .设通过热敏电阻的电流为i2，通过r1的电流为i1，则ii1i2，故i2ii1(70103) ma34 ma.由图象查得34 ma对应的电压为5.0 v，r2两端电压u29 v5.0 v4.0 v，所以r2 117.6 .【答案】(1)甲因为甲电路电压可从0 v调到所需电压，电压调节范围大(2)5.0117.6一语通关电学量具有易控制，易测量，测量精度和速度较高，易放大、反馈、存储和可远距离传输等技术方面的优点，尤其是将电学量与计算机技术结合，可以方便地实现信息的采集、处理、输出的自动化和智能化，所以现代信息技术与自动控制中常将非电学量转换成电学量进行信息收集.针对训练1如图54所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况，下列说法正确的是()图54a如果r为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显b如果r为金属热电阻，读数变小，且变化不明显c如果r为ntc热敏电阻(用半导体材料制成)，读数变小，读数变化非常明显d如果r为ntc热敏电阻(用半导体材料制成)，读数变小，读数变化不明显c如图所示，是ntc热敏电阻的温度特性曲线，根据曲线的特点可以看出，当热敏电阻温度升高时，其电阻急剧减小是金属热电阻的温度特性曲线，其电阻的大小随温度均匀变化故当r为金属热电阻时，水的温度升高，电阻的阻值变大，欧姆表的示数会变大，但其电阻变化不明显，a、b错误；若电阻为ntc热敏电阻，其阻值随着温度的升高会迅速减小，欧姆表的示数也会迅速减小，故c正确，d错误常见的传感器及应用1.力电传感器力电传感器是利用敏感元件和变阻器把力学信号(位移、速度、加速度等)转换为电学信号(电压、电流等)的仪器力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及abs防抱死制动系统等2热电传感器热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理把热学信号转换成电学信号的仪器，如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等都是利用了热电传感器的原理3光电传感器光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管，光电传感器是根据光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理把光信号转换成电信号的仪器，如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理4声电传感器声电传感器主要利用电磁感应的原理把声音信号转换成电信号，如动圈式话筒、电容式话筒等5电容式传感器电容器的电容c取决于极板的正对面积s、极板间距离d及极板间的电介质这几个因素如果某一物理量(如角度、位移、深度等)的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器如图55所示，一热敏电阻rt放在控温容器m内；为毫安表，量程为6 ma，内阻为数十欧姆；e为直流电源，电动势约为3 v，内阻很小；r为电阻箱，最大阻值为999.9 ；s为开关已知rt在95 时的阻值为150 ，在20 时的阻值约为550 .现要求在降温过程中测量在95 20 之间的多个温度下rt的阻值图55(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图(2)完成下列实验步骤中的填空：依照实验原理电路图连线调节控温容器m内的温度，使得rt的温度为95 .将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数i0，并记录 .将rt的温度降为t1(20 t195 )；调节电阻箱，使得电流表的读数 ，记录 温度为t1时热敏电阻的电阻值rt1 .逐步降低t1的数值，直至20 为止；在每一温度下重复步骤.【解析】(1)由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表，所以应该用“替代法”，考虑到用电流表观察而保证电路中电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路，如图所示而且热敏电阻rt在95 和20 时的阻值是已知的，所以热敏电阻的初始温度为95 ，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值应保持150 和电阻箱的阻值之和不变；如果热敏电阻的初始温度为20 c，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值应保持550 和电阻箱的阻值之和不变因此可以测量任意温度下的电阻(2)依照实验原理电路图连线调节控温容器m内的温度，使得rt温度为95 .将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数i0，并记录电阻箱的读数r0.将rt的温度降为t1(20 t195 )；调节电阻箱，使得电流表的读数仍为i0，记录电阻箱的读数r1.温度为t1时热敏电阻的电阻值rt1r0r1150 .逐步降低t1的数值，直至20 为止；在每一温度下重复步骤.【答案】(1)实验原理电路图见解析(2)电阻箱的读数r0仍为i0 电阻箱的读数r1 r0r1150 一语通关传感器应用问题的分析思路物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件，传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集(2)信息加工、放大、传输(3)利用所获得的信息执行某种操作针对训练2硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件某实验小组设计如图56甲所示电路，给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探究其在无光照时的反向伏安特性图中电压表v1量程选用3 v，内阻为6.0 k；电压表v2量程选用15 v，内阻约为30 k；r0为保护电阻；直流电源电动势e约为12 v，内阻不计(1)根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路图56(2)用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关s，调节变阻器r，读出电压表v1、v2的示数u1、u2.某次测量时，电压表v1示数如图丙所示，则u1 v，可算出通过硅光电池的反向电流大小为 ma(保留两位小数)该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组u1、u2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压ux和通过的反向电流ix(表中“”表示反向)，并在坐标纸上建立ixux坐标系，标出了与表中前5组ux、ix数据对应的5个坐标点请你标出余下的4个坐标点，并绘出ixux图线123456789u1/v0.000.000.060.120.240.420.721.141.74u2/v0.01.02.13.14.25.46.78.19.7ux/v0.01.02.03.04.05.06.07.08.0ix/ma0.000.000.010.020.040.070.120.190.29图57由图57中ixux图线可知，硅