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第6章 第3节实验:传感器的应用

发布时间:2013-09-18 16:30:18  

第六章 传感器

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第六章 传感器

第3节

实验:传感器的应用
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第六章 传感器

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第六章 传感器

教材要点解读
对应学生用书P57

光控开关

1.实验目的
了解光控开关电路及控制原理 ,练习组装光控开 关.

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第六章 传感器

2.实验器材

斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯
泡(6 V,0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值51 kΩ)、电阻R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线 若干、黑纸.
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3.实验原理 (1)电路如图所示.

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第六章 传感器

(2)斯密特触发器的工作原理:斯密特触发器是一个

性能特殊的非门电路,当加在它的输入端A的电压逐渐上
升到某个值(1.6 V)时,输出端Y会突然从高电平跳到低电 平(0.25 V),而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8 V) 的时候,Y会从低电平跳到高电平(3.4 V).
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第六章 传感器

(3)光控开关的原理:白天,光照强度较大,光敏电

阻RG 阻值较小,加在斯密特触发器输入端 A的电压较
低,则输出端Y输出高电平,发光二极管LED不导通;当 天暗到一定程度时,RG阻值增大到一定值,斯密特触发 器的输入端A的电压上升到1.6 V,输出端Y突然从高电平 跳到低电平,则发光二极管LED导通发光(相当于路灯), 这样就达到了使路灯天明自动熄灭,天暗自动开启的目 的.
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第六章 传感器

4.实验步骤

(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上.
(2)检查各元件的连接,确保无误. (3)接通电源,调节电阻R1 ,使发光二极管或灯泡在 普通光照条件下不亮. (4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻,观察发光二极管或灯 泡的状态. (5)逐渐撤掉黑纸,观察发光二极管或灯泡的状态.
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第六章 传感器

5.实验注意事项

(1)安装前,对器材进行测试,确保各元件性能良好
后,再进行安装. (2)二极管连入电路时,极性不能反接,否则继电器 不能正常工作. (3)要想天暗时路灯不会亮,应该把R1 的阻值调大 些.
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第六章 传感器

6.装置的调整

要想在天更暗时路灯才会点亮,应该把R1 的阻值调
大些,这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值 (如1.6 V),就需要RG的阻值达到更大,即天色更暗. R1和RG为分压电阻,其两端电压与其电阻成正比, 所以斯密特触发器A端的电压高低与两个电阻都有关系.
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第六章 传感器

温度报警器 1.实验目的 了解温度报警器及控制原理 ,练习组装温度报警 器. 2.实验器材 斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最 大阻值1 kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若
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干、烧杯(盛有热水).

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3.实验原理 (1)电路如图所示.

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第六章 传感器

(2)工作原理:常温下,调节R1 的阻值使斯密特触发

器输入端A处于低电平,则输出端Y处于高电平,无电流
通过蜂鸣器,蜂鸣器不发声;当温度升高时,热敏电阻 RT 阻值减小,斯密特触发器输入端A的电压开高,当达 到某一值(高电平)时,其输出端Y由高电平跳到低电平, 蜂鸣器通电,从而发出报警声.R1 的阻值不同,则报警 温度不同,可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度.
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第六章 传感器

4.实验步骤 (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上.

(2)检查各元件的连接,确保无误.
(3)接通电源,调节电阻R1 ,使蜂鸣器常温下不发 声. (4)用热水使热敏电阻的温度升高,注意蜂鸣器是否 发声. (5)将热敏电阻从热水中取出,注意蜂鸣器是否发 声.
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第六章 传感器

5.实验注意事项

(1)安装前对器材进行测试,确保各元件性能良好
后,再进行安装. (2)要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警,应 减小R1 的阻值,R1 的阻值越小,要使斯密特触发器输入 端达到高电平,则热敏电阻要越小,即温度越高.
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第六章 传感器

解题方法指导
对应学生用书P58

光控开关

如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼
道内照明灯的示意图,试说明其工作原理.
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第六章 传感器

【解析】

天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密

特触发器输入端A电势较低,则输出端Y输出

高电平,线
圈中无电流,工作电路不通. 天较暗时,光敏电阻RG电阻增大,斯密特触发器输 入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突 然跳到低电平,有电流通过线圈A,电磁继电器工作,接 通工作电路,使照明灯自动开启.
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第六章 传感器

天明后,RG 阻值减小,斯密特触发器输入端A电势

逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电
平,则线圈A不再有电流,电磁继电器自动切断工作电路 的电源,照明灯熄灭. 【答案】 见解析
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第六章 传感器

【方法总结】

(1)斯密特触发器是具有特殊性能的非门,即输入端
为高电平时,输出端为低电平;当输入端为低电平时, 输出端为高电平. (2)导体中形成电流时,电流由高电势端流向低电势 端. (3)二极管具有单向导电性,三极管具有放大电流的 作用.
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第六章 传感器

如图所示的光控电路用发光二极 管 LED 模仿路灯,RG 为光敏电阻.“ ”是
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具有特殊功能的非门,当加在它的输入端 A 的电压逐渐上 升到某个值时,输出端 Y 会突然从高电平跳到低电平,而 当输入端 A 的电压下降到另一个值时,Y 会从低电平跳到 高电平.在天暗时路灯(发光二极管)会被点亮,下列说法中 正确的是( )

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第六章 传感器

A.天暗时,Y处于高电平 B.天暗时,Y处于低电平 C.当R1 调大时,A端的电压降低,灯(发光二极管) 点亮 D.当R1 调大时,A端的电压降低,灯(发光二极管) 熄灭
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第六章 传感器

解析:天暗时,RG 电阻值大,A端为高电平,所以

输出端Y为低电平,发光二极管导通,B选项正确.将R1
调大时,A端电势降低,当降到某一值时,输出端变为高 电平,灯(发光二极管)熄灭,D选项正确. 答案:BD
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第六章 传感器

应用热敏电阻设计火警报警器 火警报警器:如图是一个火警报警装置的

逻辑电路图.RT 是一个热敏电阻,低温时电阻值很大,
高温时电阻值很小,R是一个阻值较小的分压电阻.
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第六章 传感器

(1)要做到低温时电铃不响,火灾时产生高温,电铃

响起,在图中虚线处应接入怎样的元件?
(2)为什么温度高时电铃会被接通? (3)为

了提高该电路的灵敏度,即报警温度调得稍低 些,R的值应大一些还是小一些?
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【分析】

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【解析】

(1)温度较低时RT 的阻值很大,R比RT 小

得多,因此P、X之间电压较大.要求此时电铃不发声,

表明输出给电铃的电压应该较小,输入与输出相反,可
见虚线处元件应是“非”门. (2)当高温时RT阻值减小,P、X之间电压降低,输入

低电平时,从“非”门输出是高电平,电铃响起.
(3)由前面 分析可知 , 若 R较 大,由于 它的分压 作 用,RT 两端的电压不太高,即外界温度不太高时,就能 使P、X之间电压降到低电压,输入低电平,电铃就能发 声.因此R越大,电路灵敏度越高.

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【答案】

见解析
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第六章 传感器

【方法总结】

把热敏电阻与斯密特触发器连成电路可制成温度报
警器.传感器通过敏感元件来感受被测量,输出量与被 测量成确定关系;再通过转换元件把敏感元件的输出转 换成电学量信号,最后借助于转换电路把电学量信号转 换为便于处理、显示、记录或控制的量,输送给控制电 路,完成电路的自动控制.
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第六章 传感器

如图所示的图中1是弹簧,2 是衔铁,3是触点,4是电磁铁,5是热敏电阻,6是滑动

变阻器,7是电铃,它们组成一种温度自动报警电路,试
说明这种简单温度自动报警电路的工作原理.
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第六章 传感器

解析:当热敏电阻温度升高到一定值时,电磁铁电

路中的电流增大,电磁铁吸引衔铁使电铃电路闭合,电
铃响并报警;当温度下降后,电阻增大,电流减小,电 磁铁磁性减弱,衔铁被弹簧拉起,电铃电路断开,电铃 不发声. 答案:见解析
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第六章 传感器

自动控制装置的分析及设计 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.要求温度低于某一值时,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.
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【分析】 构成控制电路.

热敏电阻R1 与滑动变阻器及电磁继电器

【解析】

电路图如图所示.


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第六章 传感器

工作过程:闭合S,当温度低于设计值时热敏电阻阻

值大,通过电磁继电器电流不能吸合衔铁,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某值,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. 【答案】 见解析
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第六章 传感器

【方法总结】 解决与传感器有关的电路设计问题的策略 处理与传感器有关的电路设计问题时,可将整个电

路分解为:
(1)传感器所在的信息采集部分. (2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态 分析有关). (3)执行电路部分,即利用传感器传来的信息进行某
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种显示或某种动作.

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第六章 传感器

默读联想记忆
对应学生用书P59

?实验目的:了解电路原理,练习组装 ? ?实验器材:斯密特触发器,电路实验板等 两个实验:? 实验原理:斯密特触发器、发光二极管、 光控开关、? ? 光控开关电路及温度报警电路的工作原理 温度报警器? 实验步骤:组装、调试 ? ?注意事项:安装前检测各元件、确保各元件 ? ? 性能良好

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第六章 传感器

为了巩固和提升所学内容,请使用“课 后强化演练”。
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第六章 传感器

课后强化演练
对应学生用书课后P16

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