传感器的原理及应用

标签:传感器的原理及应用发布时间:2016/12/9 20:47:00

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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

C.n= D.n=

答案 BD

要点二 传感器的应用

即学即用

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.

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2.0 kg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10 N.(g取10 m/s2)

(1)若传感器a的示数为14 N,b的示数为6.0 N,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)4 m/s2 向右 (2)10 m/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

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 ( )

A.h增大B.h减小C.h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.①光敏电阻:光敏电阻受光照后,阻值会变小.②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

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( )

A.UM>UNB.UM=UNC.UM<UND.无法判断

答案 A

3.如图所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻,当照射光强度增大时( )

A.电压表的示数增大B.R2中电流减小

C.小灯泡的功率增大D.电路中路端电压增大

答案 ABC

4.唱卡拉OK用的话筒内有传感器.其中有一种是动圈式的,它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小线圈,线圈

处于永磁体的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变为电信号.下列说法正确的是 ( )

A.该传感器是根据电流的磁效应工作的

B.该传感器是根据电磁感应原理工作的

C.膜片振动时,穿过金属线圈的磁通量不变

D.膜片振动时,金属线圈中不会产生感应电动势

答案 B

5.(2009•晋中质检)互感器是一种特殊的变压器,借助它,交流电压表(或电流表)可以间接测量高电压和大电流.

如下图所示为电压互感器或电流互感器的接线图,其中正确的是( )

答案 A

6.如图所示为理想变压器原线圈所接交流电压的图象.原、副线圈匝数比n1∶n2=10∶1,串联

在原线圈电路中电流表的示数为1 A,下列说法正确的是 ( )

A.变压器输出端所接电压表的示数为20 V

B.变压器的输出功率为200 W

C.变压器输出端的交流电频率为50 Hz

D.串在变压器输出端的电流表示数为10 A

答案 C

7.(2009•聊城模拟)钳形电流表的外形和结构如图(a)所示.电流表的读数为1.2 A.图(b)中用同一电缆线绕

了3匝,则( )

A.这种电流表能测直流电流,图(b)的读数为2.4 A

B.这种电流表能测交流电流,图(b)的读数为0.4 A

C.这种电流表能测交流电流,图(b)的读数为3.6 A

D.这种电流表既能测直流电流,又能测交流电流,图(b)的读数为3.6 A

答案 C

8.理想变压器连接电路如图甲所示,当输入电压波形如图乙时,已知原、副线圈的匝数比为10∶1,安培表读数为2 A,则( )

A.伏特表读数282 VB.伏特表读数28.2 V

C.输入功率为56.4 WD.输入功率为40 W

答案 D

9.如图甲所示,在变压器的输入端串接上一只整流二极管D,在变压器输入端加上如图乙所示的交变电压u1=Um1sin ωt,

设t=0时刻为a“+”、b“-”,则副线圈输出的电压的波形(设c端电势高于d端电势时的电压为正)是图中的( )

答案 B

10.如图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图.变压器输入电压是市电网的电压,不会有很大的波动.输出电压

通过输电线输送给用户,输电线的电阻用R0表示,变阻器R表示用户用电器的总电阻,当滑动变阻器触头P向下移

动时,下列说法中错误的是( )

A.相当于在增加用电器的数目

B.V1表的示数随V2表的示数的增大而增大

C.A1表的示数随A2表的示数的增大而增大

D.变压器的输入功率在增大

答案 B

11.为了减少因火电站中煤的燃烧对大气的污染而大力发展水电站.三峡水利工程中某一水力发电站的发电机组设计

为:水以v1=3 m/s的速度流入水轮机后以v2=1 m/s的速度流出,流出水位比流入水位低10 m,水流量Q=10 m3/s,水

轮机效率为75 %,发电机效率为80 %,试问:

(1)发电机组的输出电功率是多少?

(2)如果发电机输出的电压为240 V,用户所需电压为220 V,输电线路中能量损失为5 %,输电线电阻为50/3Ω,那么所需升、降压变压器的原、副线圈的匝数比分别是多少?

答案 (1)624 kW

(2)433∶26 000 26 945∶433

12.如图所示,小型交流发电机的电动势为E=20 V,内阻不计,它通过一个阻值R=6Ω

的指示灯连接到一个理想降压变压器的输入端.在变压器的输出端并联着24盏规

格都是“6 V,0.25 W”彩色小灯泡,每只灯泡都正常发光,导线电阻不计.求:

(1)原线圈中的电流.

(2)降压变压器的初级、次级线圈的匝数比.

(3)若只使用18盏彩色小灯泡,通过计算说明这时每盏小灯泡的工作状态如何.(设小灯泡的电阻不随温度变化)

答案 (1) A(2)

(3)每盏灯泡的电阻RL= =144Ω

18盏灯的总电阻R总= =8Ω

设这时副线圈中的电流为I2,则原线圈中的电流为 I2

由功率关系得E( )-( )2R=I22R总

代入数据得I2= A

这时每盏灯泡的电压U2′=I2R总= V>6 V

所以灯泡比原来更亮,有可能烧坏.

13.如图所示,原线圈匝数为n1,两个副线圈的匝数分别为n2和n3.四只完全相同的灯泡分别接在

理想变压器的原、副线圈的回路中,当原线圈回路中a、b接入交流电压U0时,四只灯泡均正

常发光,则三组线圈的匝数比n1∶n2∶n3等于多少?灯泡的额定电压U额等于多少?

答案 3∶2∶1 U0

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