[目标定位] 1.了解与传感器技术相关的物理知识.2.练习用传感器制作自控装置．一、应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路1．实验目的(1)了解与传感器技术相关的物理知识．(2)练习用传感器制作自动控制装置．2．实验器材二极管V D，晶闸管V S，光敏电阻R G，电阻R(7.5 MΩ)，灯泡L，多用电表，导线，焊接用具等．3．实验原理(1)二极管：具有单向导电性，加正向电压时，电阻很小，处于导通状态；加反向电压时，电阻很大，处于截止状态．(2)晶闸管：有三个极，阳极A、阴极K、控制极G，工作时，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接组成晶闸管的主电路，晶闸管的控制极G和阴极K与控制装置相连，组成控制电路．当晶闸管承受反向阳极电压时，不管控制极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态；当晶闸管承受正向阳极电压时，仅在控制极承受正向触发电压的情况下晶闸管才导通．(3)实验电路及原理分析由晶闸管V S与电灯L构成主回路，控制回路由R与R G组成的分压器及二极管V D构成，如图1所示．图1①白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，与R分压后使晶闸管V S门电极处于低电平，V S关断．②当夜幕降临时，照在R G上的自然光线减弱，R G呈高阻、使V S的门电极处于高电平，V S 获正向触发电压而导通，灯L亮．③改变R的阻值，即改变其与R G的分压比，可调整电路的起控点．4．实验过程(1)检查二极管的好坏将多用电表选择开关拨至R×1 k挡，调零后，用两表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置对调．若两次测量结果一次较小，一次很大，则二极管性能良好．(2)检查晶闸管的好坏将多用电表选择开关拨至R×1 k挡，测量A、K间的正、反向电阻均为无穷大，G、K间类似于普通二极管，正向电阻小于2 kΩ，反向电阻大于80 kΩ，A、G之间均为几百千欧或∞，符合这些条件时，表明晶闸管良好．(3)按照电路图，将各元件焊接、安装．(4)检查各元件的连接，确保无误．(5)接通电源，分别观察用强光照射和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡L的工作状态．5．实验中应注意哪些问题(1)安装前，要先对所有器材进行测试，确保各元件性能良好．(2)焊接时，管脚必须在离管壳5 mm以上处焊接，焊接时间不易过长．(3)注意二极管、晶闸管各极正确接入电路，不可错接、反接．(4)安装完毕后，先检查无误后，再闭合开关进行测试．6．怎样理解光控开关的工作原理如图2所示的光控电路用发光二极管LED模仿路灯，R G为光敏电阻，R1的最大电阻为51 kΩ，R2为330 Ω.当天黑时，光线变弱，R G电阻变大，串联电路中R G分得电压增大，二极管LED 两端电压相应增加，当电压达到一定值时自动发光．黎明时，光线变强，R G电阻减小，二极管LED两端电压相应降低，降低到一定值时自动熄灭，从而使R G电路中起到自动控制电路的作用．图2例1如图3所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则()图3A．A为低电平，LED发光B．A为高电平，LED发光C．A为低电平，LED不发光D．A为高电平，LED不发光解析A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B、C正确．答案BC(1)图中“”叫斯密特触发器，是一种具有特殊功能的“非”门．(2)与物理学中的电路图不同，在涉及门电路的电路图时，表示的是电路中的逻辑关系，通常不把电流的通路完整地画出来．针对训练如图4所示的光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，R G为光敏电阻，R1的最大电阻为51 kΩ，R2为330 Ω.白天，光的强度较大，光敏电阻R G的电阻值较________，加在斯密特触发器A端的电压较________，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED________(填“导通”或“不导通”)；当天色暗到一定程度时，R G的阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值(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______(填“导通”或“不导通”)，这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的．图4答案小低不导通导通解析白天，光照强度较大，光敏电阻R G的电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，R G阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的．二、自动控制电路的分析与设计例2如图5所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小．电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接．则()图5A．当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下B．当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下C．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端D．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、C端答案 B解析当温度降低到某一数值，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁P吸引力减小，P将不会被吸下，故A错误．当温度升高到某一数值，热敏电阻R的阻值减小，电路中电流增大，继电器L对衔铁P吸引力增大，P将会被吸下，故B正确．恒温箱内温度高到一定数值后，应与电源断开停止加热，由以上分析可知，温度升高后，A、B端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端，故C、D错误．例3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6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，画出电路图并说明工作过程．图6解析热敏电阻与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．答案电路图如图所示．工作过程：闭合开关S，当温度低于设计值时，热敏电阻的阻值较大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通使电炉丝加热，当温度达到设计值时，热敏电阻的阻值减小到某一值，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．当温度低于设计值时，又重复上述过程．设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行．(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成．这两个电路相互独立，又通过电磁继电器相关联，电磁继电器实际上是工作电路的开关．(2)分析自控电路的合理性电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求．例如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯发光．1．(温度报警器电路分析)(多选)如图7是温度报警器的电路示意图，下面对此电路的分析正确的是()图7A．当R T的温度升高时，其阻值减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声B．当R T的温度升高时，其阻值减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声答案BC2．(自动控制电路的分析与设计)如图8所示，某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈．P 为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱．电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是()图8A．A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联答案 A解析A、B接电磁继电器的线圈，所以A、B应接信号电压，线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，故正确答案为A. 3．(自动控制电路的分析与设计)如图9所示是自动水位报警的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触．若要求水位正常时绿灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各一个，红灯泡应安在________位置，绿灯泡应安在______位置(填“A”或“B”)．图9答案B A解析水位正常时，线圈中没有电流，衔铁1与触头3接触，这时应绿灯亮，所以绿灯泡应安在A位置，当高出一定水位时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触，这时应红灯亮，所以红灯泡应安在B位置．4．(光控开关电路分析与设计)光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，其中就可用于街道路灯的自动控制开关，如图10所示为模拟电路，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，请连成正确的电路，达到日出灯熄、日落灯亮的效果．图10答案见解析图解析电路连接如图所示．当天亮时，光线照射光敏电阻A，其阻值迅速减小，控制回路电流增大，电磁继电器B工作，吸下衔铁使触点断开，路灯熄灭．当夜晚降临，光线变暗，光敏电阻A的阻值增大，控制回路电流减小，弹簧将衔铁拉起，触点接通，路灯点亮．题组一光控开关电路分析1．逻辑电路在电子线路中有着重要的应用．某同学利用“非”门电路设计了一个路灯自动控制门电路．天黑了，让路灯自动接通；天亮了，让路灯自动熄灭．图1中R G是一个光敏电阻，当有光线照射时，光敏电阻的阻值会明显减小．R是可调电阻，起分压作用．“非”门电路能将输入的高压信号转变为低压信号，或将低压信号转变为高压信号，J为路灯总开关控制电路，它在获得高电压时才启动(图中未画出路灯电路)．图1(1)当天黑时，R G的阻值变__________，“非”门电路获得________电压，J得到________电压．(填“大”、“小”或“高”、“低”)(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，现要调节自动控制装置，使得它在天色较暗时才会自动接通开关，应将R的阻值调________(填“大”或“小”)一些．答案(1)大低高(2)大解析(1)天黑时，光线减弱，光敏电阻R G的阻值变大，A端输入低电压，Y端输出高电压，J得到高电压，开始控制路灯工作．(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，应将R的阻值调大，使A端输入电压较高，当天色较暗时，R G的电阻变大，A端的电压降低，Y端的电压升高，J得到高电压，开始控制路灯工作．2．把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器、开关、电源按如图2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．光敏电阻：光敏电阻受光照射后，阻值会变小．干簧管继电器：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．图2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．3．工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故，工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故发生的．如图3所示为光控继电器的示意图，它由电源、光电管(当有光照射时，在阴极K端会放出电子)、放大器、电磁继电器等几部分组成．这样，光控继电器衔铁立即变化，使机床停止工作，避免事故发生．光控继电器的原理是：______________________________________________________________________.图3答案见解析解析光照射光电管时，阴极K发射电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流使电磁铁M磁化，将衔铁吸住；无光照射光电管时，电路中无电流，衔铁自动离开M，右侧电路接通，灯L亮．题组二温控开关电路分析4．如图4所示为一自动控制温度的电路，请说明其工作原理．图4答案见解析解析当开关P在弹簧拉力作用下拉到上面与a接触时，电热丝工作；随着温度升高，热敏电阻温度升高，阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增强到一定程度时把P吸到b，电热丝停止工作，指示灯亮．题组三自动控制电路的分析与设计5．(多选)如图5所示，全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的，当进行排水和脱水工序时，控制铁芯1的线圈通电，使铁芯2运动，从而牵引排水阀的阀门排除污水．以下说法中正确的是()图5A．若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为N极，B端为S极B．若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为S极，B端为N极C．若a、b处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中D．若a、b处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中答案AD解析铁芯被通电螺线管磁化．6．(多选)某同学设计的家庭电路保护装置如图6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6A．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将被电磁铁吸起答案ABD解析由于零线、火线中电流方向相反，产生的磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2的磁通量的变化，选项B正确，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确．7．如图7所示，是一个简单的磁控防盗报警装置．门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管H，并且将干簧管接入图示的电路．睡觉前连接好电路，当盗贼开门时，蜂鸣器就会发声报警，请说明它的工作原理．图7答案磁控防盗报警器的主要元件是自动控制开关——干簧管．干簧管内部有两个软磁性簧片，软磁性物质的特性是易于磁化而又易于失去磁性．磁场存在时，簧片与磁场互相吸引；移去磁铁，即磁场消失，簧片失去磁性而恢复原状．当门闭合时，永磁体使干簧管接通，斯密特触发器输入端与电源负极相连，处于低电平，则输出端为高电平，故蜂鸣器不发声；当开门时，没有永磁体作用，干簧管不接通，斯密特触发器输入端为高电平，则输出端为低电平，则蜂鸣器通电，发声报警．8．如图8是一种防汛报警器的原理图，S是触点开关，B是一个漏斗形的竹片圆筒，里面有浮子A，请你说明这种报警器的工作原理．图8答案见解析解析由题图可以看出，水面上升时，浮子A在漏斗形的竹片圆筒内上浮，顶起金属板．当水面上升达到警戒水位时，使触点开关S闭合，电磁铁电路连通，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁使报警电路的触点开关闭合，灯亮发出防汛警报．。
