实验传感器的简单应用

第十一章 实验十二
1．(2016·浙江理综)如图所示为一种常见的身高体重测量仪。

测量仪顶部向下发射波速为v 的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。

质量为M 0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。

当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t 0，输出电压为U 0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t ，输出电压为U ，则该同学的身高和质量分别为导学号 21992755( D )
A ．v (t 0－t )，M 0U 0
U B ．12v (t 0－t ), M 0U 0U C ．v (t 0－t )，M 0U 0(U －U 0) D ．12v (t 0－t )，M 0U 0
(U －U 0) [解析] 设测量仪高度和人的身高分别为H 和h ，根据题意，没有站人时有H ＝v t 02
，站人时有H －h ＝v t 2，得h ＝t 0－t 2
v ；又由传感器输出的电压与作用在其上的压力成正比，则没有站人时U 0＝kM 0g ，站人时U ＝k (M 0＋m )g ，得m ＝M 0U 0
(U －U 0)，故D 项正确。

2．(2016·北京理综)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。

如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__增强__(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影响更__敏感__(选填“敏感”或“不敏感”)。

导学号 21992756
[解析]由图可知，热敏电阻在温度上升时，阻值下降，故其导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻在温度变化时，阻值变化明显，故对温度更敏感。

3．(2017·江苏卷)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻R t、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。

继电器的电阻约为20 Ω，热敏电阻的阻值R t与温度t的关系如下表所示。

导学号21992757
(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻R t，继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干。

为使该装置实现对30～80℃之间任一温度的控制，电源E应选用__E2__(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用__R2__(选填“R1”或“R2”)。

(2)实验发现电路不工作。

某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至__C__(选填“A”、“B”、“C”或“D”)。

(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针__不偏转__(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针__偏转__(选填“偏转”或“不偏转”)。

(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是__
⑤④②③①__。

(填写各步骤前的序号)
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω
[解析](1)如果电源用E1，则在t＝30℃时电路中的最大电流I m＝
3 199.5＋20
A≈13.67mA<15mA，故不能实现对此温度的控制，因此电源应选用E2；为了在t＝80℃时
实现对温度的控制，设滑动变阻器阻值的最大值至少为R′，则6V
R′＋20Ω＋49.1Ω
＝0.015A，解得R′＝330.9Ω，因此滑动变阻器应选用R2。

(2)要用多用电表的直流电压挡检测故障，应将选择开关旋至C。

(3)如果只有b、c间断路，说明b点与电源的负极间没有形成通路，a、b间的电压为零，表笔接在a、b间时，指针不偏转；c点与电源的负极间形成通路，a与电源的正极相通，a、c间有电压，因此两表笔接入a、c间时指针发生偏转。

(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，应先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，并将阻值调至108.1Ω，合上开关，调节滑动变阻器的阻值，直至观察到继电器的衔铁被吸合，这时断开开关，将电阻箱从电路中移除，将热敏电阻接入电路。

因此操作步骤的正确顺序是⑤④②③①。

4．(2016·全国卷Ⅰ)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，当要求热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警。

提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过I c时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。

导学号21992758
在室温下对系统进行调节，已知U约为18V，I c约为10mA；流过报警器的电流超过20mA 时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω。

(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。

(2)电路中应选用滑动变阻器__R2__(填“R1”或“R2”)。

(3)按照下列步骤调节此报警系统：
①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为__650.0__Ω；滑动变阻器的滑片应置于__b__(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是__接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏__。

②将开关向__c __(填“c ”或“d ”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至__报警器开始报警__。

(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。

答案：(1)连线如图所示
[解析] (1)根据题述，应该采用滑动变阻器的限流接法，连接的电路如答案中图所示。

(2)根据题述，流过报警器的工作电流超过10mA 时，报警器就会报警，可知滑动变阻
器的最大阻值至少为R ＝U I c ＝1810×10－3
Ω＝1800Ω，因此在电路中应选用最大阻值为2000 Ω的滑动变阻器R 2。

(3)①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为热敏电阻在60℃时的阻值650.0Ω；滑动变阻器的滑片应臵于接入电路的阻值最大处，即b 端附近，不能臵于另一端的原因是：若臵于a 端，则会导致闭合开关后，报警器中电流大于20mA ，报警器可能损坏。

②将开关向c 端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警。