实验传感器的简单应用

浅谈物理趣味实验传感器的应用摘要：本文结合现行高中物理新教材中的新增实验传感器的简单应用，简单介绍了生活中一些常见的传感器的结构，结合物理探究性学习，重点介绍了本人制作的一种基于传感技术的全自动供水装置其工作原理及工作过程，并在高中物理教学中，进一步阐述了，物理实验在物理教育教学过程中的重要性。

关键词：传感器控制继电器自动供水趣味实验0引言随着我国改革开放的不断发展和深入，信息技术高速发展，电子计算机广泛应用，电子设备水平不断提高以及功能不断加强的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制，民用机器，产业机器，信息通信设备及汽车相关设备中发挥着越来越重要的作用。

已成为21世纪人们在高新技术发展方向争夺的一个制高点，使人们能尽情享受现代文明所带来的快乐。

1什么是传感器动物与人都有传感器（触觉、视觉、听觉、嗅觉、味觉等）；在自动控制中；传感器是将非电磁物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照强度等）转化成易于测量、传输、处理的物理量（如电压、电流、电阻、电容等）的一种元件。

它是感知获取和检测信息的窗口，是自动控制设备中不可缺少的元件，自动控制系统要获取的信息都要通过传感器将其转化为容易传输和处理的电信号。

2常见传感器物理新教材中，电学部分更贴近了实际生活，如电容式传感器，平行板电容器的电容C跟介电常数ε成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比，用公式表示为C=εs/（4πkd）（式中k为静电力恒量）由此可知，当电容器的某个因素发生变化时，它的电容值随之变化，电路中与电容有关的其他电学量也发生了相应的变化，如电阻式传感器，导体与温度的关系，与光照强度的关系，利用半导体材料制造了热敏电阻和光敏电阻。

液面而贴近生活的传感器更是举不胜举，如本人前段时间对自已家里的金鱼牌全自动洗衣机修理过程中观察得到的，水压传感器。

我们知道全自动洗衣机有一个水位开关，它是一个压力开关。

水位开关的工作原理是利用开关内的空气室里的空气随着水位上升所增加的压力，使开关动作，关闭水阀。

2021届高考物理必考实验十二：传感器的简单使用1.实验原理(1)传感器的作用传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。

(2)传感器的工作过程通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定的规律转换成便于测量的信号。

例如,光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号;热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号。

转换后的信号经过电子电路的处理就可达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的。

传感器工作的原理可用下图表示:2.实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、滑动变阻器、开关、导线等。

3.实验步骤及数据处理(1)研究热敏电阻的热敏特性①实验步骤a.按图所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。

b.把多用电表置于“欧姆挡”,并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数。

c.向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测出的热敏电阻的阻值。

d.将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录。

②数据处理a.根据记录数据,把测量到的温度、电阻阻值填入下表中,分析热敏电阻的特性。

次数123456待测量温度/℃电阻/Ωb.在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。

c.根据实验数据和R-t图线,得出结论:热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大。

(2)研究光敏电阻的光敏特性①实验步骤a.将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图所示电路连接好,其中多用电表置于“×100”的欧姆挡。

b.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。

c.打开电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。

d.观察用手掌(或黑纸)遮光时电阻的阻值,并记录。

②数据处理把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。

高效提能1．(2013·江苏)在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图Ⅺ－10所示．M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻R M发生变化，导致S两端电压U增大，装置发生警报，此时Ⅺ－10A．R M变大，且R越大，U增大越明显B．R M变大，且R越小，U增大越明显C．R M变小，且R越大，U增大越明显D．R M变小，且R越小，U增大越明显解析电阻R M变化时S两端电压U增大，说明其电阻R M变小．同时，传感器M对全电路的控制是通过电阻R M的变化来实现的，运用极值法：若R趋近于无限大，电阻R M 与R的并联电阻的变化就等于R M的变化；若R为有限值，则R M与R的并联电阻的变化就会小一些．所以，R越大，电阻R M阻值减小同样的数值时，U增大的数值越大，即越明显，C正确．答案 C2．(2012·江苏)某同学设计的家庭电路保护装置如图实Ⅺ－11所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成．当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路．仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有图实Ⅺ－11A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起解析当电路正常工作时，电流经火线流入用电器，再经零线流回，由于火线和零线并行绕在铁芯左侧，火线和零线中的电流反向，合磁通量为零，故A、B正确．用电器短路后，火线和零线中电流仍然等大、反向，铁芯中无磁通量，开关不会被电磁铁吸起，C错误，当地面上的人触电时，火线中的电流经人体流入大地，由于电磁感应，L2产生感应电流，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路，D正确．答案ABD3．如图实Ⅺ－12所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻R t的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往R t上擦一些酒精，表针将向________(选填“左”或“右”)移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向________(选填“左”或“右”)移动．图实Ⅺ－12解析若往R t上擦一些酒精，由于酒精的挥发要吸热，故温度降低，负温度系数的热敏电阻R t随温度的降低，阻值是增大的，所以指针向左移；若用吹风机将热风吹向电阻，电阻的温度升高，热敏电阻R t随温度的升高，阻值减小，所以指针向右移．答案左右4．(2014·海口模拟)为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系，某同学用图实Ⅺ－13甲所示电路进行实验，得出两种U－I图线如图乙所示．图实Ⅺ－13(1)根据U－I图线可知正常光照射时光敏电阻阻值为________ Ω，强光源照射时电阻为________ Ω；(2)若实验中所用电压表的内阻约为5 kΩ，毫安表的内阻约为100 Ω，考虑到电表内阻对实验结果的影响，此实验中________(填“正常光照射时”或“强光照射时”)测得的电阻误差较大．若测量这种光照下的电阻，则需将实物图中毫安表的连接方式采用________(填“内接”或“外接”)法进行实验，实验结果较为准确．答案(1)3 000200(2)强光照射时外接5．(2014·四川省广元模拟)热电传感器利用了热敏电阻对温度变化的响应很敏感的特性．某学习小组的同学拟探究热敏电阻的阻值如何随温度变化．从室温升到80 ℃时，所供热敏电阻R t的阻值变化范围可能是由5 Ω变到1 Ω或由5 Ω变到45 Ω.除热敏电阻外，可供选用的器材如下：图实Ⅺ－14温度计，测温范围－10 ℃～100 ℃；电流表，量程3 A，内阻r A＝0.1 Ω；电流表，量程0.6 A，内阻约为0.2 Ω；电压表，量程6 V，内阻r V＝1.5 kΩ；电压表，量程3 V，内阻约为1 kΩ；标准电阻，阻值R 1＝100 Ω；滑动变阻器R2，阻值范围0～5 Ω；电源E，电动势3 V，内阻不计；开关及导线若干．(1)甲同学利用如图所示的电路测量室温下热敏电阻的阻值．要使测量效果最好，应选下列________组器材．A.，B.，C.，(2)在测量过程中，随着倒入烧杯中的开水增多，热敏电阻的温度升高到80 ℃时，甲同学发现电流表、电压表的示数都几乎不随滑动变阻器R2的阻值的变化而改变(电路保持安全完好)，这说明该热敏电阻的阻值随温度升高而________．(填“增大”或“减少”)(3)学习小组的同学根据甲同学的实验，建议他在测量较高温度热敏电阻的阻值时，需要重新设计电路，更换器材．请你在虚线框内画出测量温度80 ℃时热敏电阻阻值的实验电路图，并标明所选器材．答案(1)B(2)增大(3)实验电路图如图所示．画出图甲给全分，只画出图乙给一半的分．6．如图实Ⅺ－15所示，一热敏电阻R T放在控温容器M内；为毫安表，量程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 Ω；S为开关．已知R T在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在95 ℃～20 ℃之间的多个温度下R T的阻值．图实Ⅺ－15(1)在图实Ⅺ－15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：a．依照实验原理电路图连线．b．调节控温容器M内的温度，使得R T的温度为95 ℃.c．将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．d．闭合开关．调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________________________________________________________________________.e．将R T的温度降为T1(20 ℃＜T1＜95 ℃)，调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________．f ．温度为T 1时热敏电阻的电阻值R T1＝________．g ．逐步降低T 1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤e 、f.解析 (1)题中有电阻箱和毫安表，又电源的内阻不计，则可用调节电阻箱阻值，保持每次电路中电流相同的方法测电阻．实验原理如图所示．(2)根据两次电流表的示数不变，可以列出等式I 0＝E R 0＋150，I 0＝E R 1＋R T1，联立两式解得R T1＝R 0－R 1＋150 Ω.答案 (1)实验原理电路图如解析图所示(2)d.电阻箱的读数R 0e ．仍为I 0 电阻箱的读数R 1f ．R 0－R 1＋150 Ω。

实验十一传感器的简单使用考纲解读1。

知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻的作用。

2。

能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特性。

3.了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案．基本实验要求Ⅰ研究热敏电阻的特性1．实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．2．实验器材半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水．3．实验步骤（1)按实验原理图甲连接好电路,将热敏电阻绝缘处理；(2)把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数;(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录．4．数据处理在图1坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．图15．实验结论热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大．6．注意事项实验时,加热水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温．基本实验要求Ⅱ研究光敏电阻的光敏特性1．实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．2．实验器材光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源．3．实验步骤（1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如实验原理图乙所示电路连接好，其中多用电表置于“×100"挡;(2）先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据;（3）打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录．(4)用手掌(或黑纸）遮光时，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．4．数据处理根据记录数据分析光敏电阻的特性．5．实验结论（1）光敏电阻在暗环境下电阻值很大,强光照射下电阻值很小．（2）光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．6．注意事项(1)实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的；(2）欧姆表每次换挡后都要重新调零．考点一温度传感器的应用例1 对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻R T,在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的．某同学将R T和两个适当的定值电阻R1、R2连成图2虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻R L的阻值随R T所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围．为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下R L的阻值，测量电路如图2所示,图中的电压表内阻很大．实验中的部分实验数据测量结果如表所示。

实验十三传感器的简单应用【教学目的】1、观察热敏电阻的阻值是如何随热信号而变化的。

2、观察光敏电阻的阻值是如何随光信号而变化的。

【教学重点】热敏电阻的阻值随热信号而变化的情况。

光敏电阻的阻值随光信号而变化的情况。

【教学难点】温度自动控制实验【实验原理】传感器是能将所感受到的物理量（如力、热，光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件，其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号，转换后的信号经过相应的仪器进行处理，就可以达到自动控制的目的。

【注意事项】使用热敏电阻时，不要让其骤冷骤热，以免损坏。

【实验器材】1、学生电源，2、热敏电阻，3、光敏电阻，3、计数器，4、放大器，5、烧杯2 个，6、温度计，7、手电筒，8、水瓶，9、水桶，10 电壶。

【实验步骤】1、将热敏电阻两端与多用电表两表笔相连，接入有少量冷水并插有温度计的烧杯中，将组装成如图所示的实验装置。

将多用电表的选择开关置于欧姆档并选择适当的倍率，观察表盘所示热敏电阻的阻值。

分若干次向烧杯中倒入开水，，观察不同温度下热敏电阻阻值。

2、将光敏电阻和多用电表连接成如图所示的电路：将多用电表选择开关置于电阻朱的适当倍率上，用手电筒的光照射光敏电阻，观察电表指示的阻值。

3、观察光电计数的实验。

3、实验结论：热敏电阻的阻值随温度升高而变小，光敏电阻的阻值有光照时阻值变小。

【实验小结】该实验使用的电源只能用6V 的稳压电源，若改用甲电池或干电池，都会因为电流太大，而损坏放大器。

【作业布置】设计温度自动控制装置：要求温度升高自动报警。

化学实验室中的传感器应用传感器是现代科学实验中不可或缺的重要工具。

在化学实验室中，传感器的应用已经渗透到了各个领域，它们能够快速、准确地检测和监测实验过程中的各种物理和化学参数，大大提高了实验的准确性和效率。

本文将以实际工作经验为基础，介绍几种在化学实验室中常用的传感器及其应用。

一、温度传感器温度是化学反应过程中最重要的参数之一。

温度传感器可以实时监测反应体系的温度变化，确保实验在适宜的温度条件下进行。

在化学实验室中，常用的温度传感器有热电偶、热电阻和温度计等。

热电偶是一种非接触式温度传感器，具有响应速度快、测量范围广等优点，适用于高温环境的测量。

热电阻则是一种接触式温度传感器，具有测量精度高、稳定性好等特点，适用于常温环境的测量。

温度计则是一种直接显示温度的传感器，操作简单，但测量范围和精度相对较低。

二、压力传感器在化学实验中，压力的变化往往与反应速率、产物等密切相关。

压力传感器可以实时监测实验体系中的压力变化，为研究者提供重要数据。

在化学实验室中，常用的压力传感器有气压计、压力表和压力传感器等。

气压计主要用于测量大气压力，而压力表则用于测量容器内的压力。

压力传感器则可以实现对微小压力的精确测量，适用于各种实验场景。

三、液位传感器在化学实验中，液体的体积和液位的变化常常需要实时监测。

液位传感器可以准确测量容器内的液位高度，确保实验的安全性和准确性。

在化学实验室中，常用的液位传感器有浮球式液位传感器、超声波液位传感器和磁翻板液位传感器等。

浮球式液位传感器通过浮球的浮沉来控制液位的测量，结构简单，但测量范围有限。

超声波液位传感器则利用超声波的传播速度来测量液位，具有测量范围广、精度高等优点。

磁翻板液位传感器则通过磁性翻板的翻转来测量液位，具有结构稳定、可靠性好等特点。

四、气体传感器在化学实验中，气体的性质和浓度对实验结果具有重要影响。

气体传感器可以实时监测实验体系中的气体成分和浓度，为研究者提供重要参考。