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第十一章 交流电 传感器
第三讲 实验十二：传感器的简单使用
课时跟踪练
1．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是( )
A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
解析：传感器工作的一般流程为：非电学量被敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量，因此A、B、D错，C对．
答案：C
2．(多选)(2018·孝感模拟)如图所示，电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场．在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置．由以上信息可知( )
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A．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
B．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大
C．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小
D．如果用戴了手套的手触摸屏幕，照样能引起触摸屏动作
解析：电容触摸屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个极板，把导体层当作另一个极板，故A正确；手指与屏的接触面积越大，即两个极板的正对面积越大，故电容越大，B正确，C错误；如果带了手套或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为手与导体层距离较大，不能引起导体层电场的变化，D错误．
答案：AB
3.(2018·太原模拟)如图所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是________，发生这一现象的主要原因是________(填字母代号)．
A．小灯泡的电阻发生了变化
B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化
C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化
D．电源的电压随温度发生了变化
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解析：电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增大，根据闭合电路欧姆定律I＝可知，电流减小，小灯泡的实际功率减小，所以变暗．
答案：变暗 C
4．(2018·石家庄模拟)一些材料的电阻随温度的升高而变化．如图甲是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，若用该电阻与电池(电动势E＝1.5 V，内阻不计)、电流表(量程为5 mA，内阻不计)、电阻箱R′串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”．
(1)电流刻度较大处对应的温度刻度________(选填“较大”或“较小”)；
(2)若电阻箱阻值R′＝150 Ω，当电流为5 mA时对应的温度数值为________℃.
解析：(1)由题图甲可知，温度升高，电阻阻值增大，电路中电流减小，因此电流刻度较大处对应的温度刻度较小．
(2)电流为5 mA时，电路总电阻为300 Ω，电阻箱阻值R′＝150 Ω，则R＝150 Ω，由题图甲得对应的温度为50 ℃.
答案：(1)较小 (2)50
5．(2018·临沂模拟)一台臭氧发生器P的电阻为10 kΩ，当供电电压等于24 V时能正常工作，
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否则不产生臭氧．现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为100 Ω，黑暗时为1 000 Ω，允许通过的最大电流为3 mA；电源E的电压为36 V，内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0～100 Ω，允许通过的最大电流为 0.4 A；一个开关S和导线若干．臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图所示．
设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B(电路图画在虚线框内)．
解析：为了能控制臭氧发生器，应该用滑动变阻器的分压式接法，有光照时P能正常工作，无光照时P不工作．电路图如图所示．
答案：见解析图
6．(2016·北京卷)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图．由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更__________(选填“敏感”或“不敏感”)．
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解析：由Rt图象可知，热敏电阻在温度上升时电阻减小，则导电能力增强．相对金属热电阻，热敏电阻在相同的温度变化情况下电阻变化大，则热敏电阻对温度变化的响应更敏感．
答案：增强 敏感
7．为节约能源采用光电池为路灯提供电能，用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如天黑)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，天黑时打开．电磁开关的内部结构如图所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA.
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，在方框中画出电路原理图．
光敏电阻R1，符号；
灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号；
保护电阻R2，符号；
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电磁开关，符号；
蓄电池E，电压36 V，电阻很小；开关S，导线若干．
(2)回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为______V，保护电阻R2的阻值范围为______Ω.
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．
解析：(1)要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光照时路灯熄灭，光敏电阻应与1、2串联，3、4与路灯串联，电路图如图所示．
(2)①由U＝IR得励磁线圈允许加的最大电压Um＝ImR＝0.1×200 V＝20 V；依据允许通过励磁线圈的电流最大值和最小值计算得R2min＝＝ Ω＝160 Ω，R2max＝＝ Ω＝520 Ω，因此保护电阻R2的阻值范围为160～520 Ω；②解析略．
答案：(1)见解析 (2)①20 160～520
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②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开
8．传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)．例如热敏传感器，主要是应用半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙所示是由热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器线路图．
图甲 图乙
(1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在________(选填“a”或“b”)处．
(2)若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向________(选填“左”或“右”)移动．
(3)如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路不能工作的原因可能是
_____________________________________________________．
解析：(1)从题图甲的图线可知，热敏电阻阻值随温度的升高而减小，从而使电路中的电流变大，要求温度过高时报警器铃响，则c应接在a处时电路才会接通．
(2)由题给线路图易知，滑动变阻器滑片P向左移动时，会使启动报警的温度提高．
(3)电路连接完好且各元件都处于工作状态，而电路不能工作，说明电路中电流过小
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，电磁铁的磁性太弱，以致不能控制右侧的电路接通，原因可能是左边电源路端电压过小，或线圈的匝数过少，或弹簧的劲度系数过大等．
答案：(1)a (2)左
(3)题图乙中左边电源路端电压太小，或线圈的匝数太少，或弹簧的劲度系数太大等
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