传感器的应用练习.docx

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传感器的应用练习

课后巩固作业

一、选择题（包括4小题，每小题10分，共40分）

1．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（　　）

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．如果用带了手套的手触摸屏幕，照样能引起触摸屏动作

解析：

电容式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

2．某仪器内部的电路如下图所示，其中M是一个质量较大的金属块，左右两端分别与金属丝制成的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，当金属块处于平衡时两根弹簧均处于原长状态，此时甲、乙两灯均不亮．若将该仪器固定在一辆汽车上，则下列说法正确的是（　　）

A．当汽车加速前进时，甲灯亮

B．当汽车加速前进时，乙灯亮

C．当汽车刹车时，甲灯亮

D．当汽车刹车时，乙灯亮

解析：

当汽车加速前进时，金属块M向后偏离原位置，乙灯所在电路被接通，所以乙灯亮，A项错，B项对；当汽车刹车时，金属块M向前偏离原位置，甲灯电路被接通，所以甲灯亮，C项对，D项错，故选B、C.

答案：

BC

3．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（如下图所示）．以下说法中正确的是（　　）

A．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

解析：

铁芯被通电螺线管磁化．

答案：

AD

4．高温超导限流器被公认为目前最好的、且唯一行之有效的短路故障电流限制装置．中国科学院电工研究所完成了一种具有自主知识产权的高温超导限流器样机的研制工作，并于2005年年初在湖南进行并网挂机实验．超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成，如图所示．超导部件有一个超导临界电流Ic，当通过限流器的电流I>Ic时，将造成超导体失超，从超导态（本题认为电阻为零）转变为正常态（本题认为是一个纯电阻），以此来限制电力系统故障电流．已知超导部件的正常态电阻为R1＝3Ω，超导临界电流Ic＝1.2A，限流电阻R2＝6Ω，小灯泡L上标有“6V　6W”字样，电源电动势E＝8V，内阻r＝2Ω，原来电路正常工作，现L突然发生短路，则（　　）

A．短路前通过R1的电流为

A

B．超导部件将由超导态转为正常态

C．短路后通过R1的电流为

A

D．短路后通过R1的电流为2A

解析：

小灯泡电阻RL＝6Ω，L短路前，超导部件处于超导态，电路总电阻R＝8Ω，总电流I＝1A，即通过R1的电流为1A；当L短路后，总电阻R′＝

＋r＝4Ω，总电流I′＝2A，R1两端电压为4V，则I1＝

A.

答案：

BC

二、非选择题（第5题10分，第6题12分，第7题18分，第8题20分，共60分）

5．如下图所示，是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成．

（1）示意图中，a端就是电源________极．

（2）光控继电器的原理是：

当光照射光电管时________．

答案：

（1）正

（2）光电子射出，在电源电压作用下，加速打到A极，在电路中形成光电流，经放大器放大后在线圈M、N中产生磁场，当达到一定值时，电磁铁将吸引衔铁

6．如图所示，一热敏电阻RT放在温控容器M内，

为毫安表，量程6mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9Ω；S为开关，已知RT在95℃时的阻值为150Ω，在20℃时的阻值约为550Ω.现要求在降温过程中测量在20℃～95℃之间的多个温度下RT的阻值．

（1）在图中画出连线，完成实验原理电路图．

（2）完成下列实验步骤

①依照实验原理电路图连线．

②调节温控容器M内的温度，使得RT温度为95℃.

③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．

④闭合开关．调节电阻箱的阻值，记录电流表的示数I0，并记录________．

⑤将RT的温度降为T1（20℃

⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT＝________.

⑦逐步降低T1的数值，直至20℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥.

解析：

如下图所示．由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表，所以应该用“替代法”，考虑到用电流表观察又要保证电路中电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路．而且热敏电阻RT阻值在20℃、95℃是已知的，所以热敏电阻的初始温度为95℃，则在电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值应保持150Ω和电阻箱的初值之和不变；如果热敏电阻的初始温度为20℃，则在电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值应保持550Ω和电阻箱的初值之和不变．则可以测量任意温度下的电阻．

答案：

（1）如下图所示．

（2）电阻箱的读数R0　仍为I0　电阻箱的读数为R1　R0－R1＋150Ω

7．当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路制成的磁传感器，它有以下两种：

（1）一种是“线性”的．它是将霍尔元件和放大器集成在一个芯片内，其输出的电压与感受到的磁感应强度成正比地连续变化．请你提出一种方案，利用它来测量电流的大小．

（2）另一种是“开关”型的，当磁场强到一定程度时它才会输出高电平，而在磁场弱到一定程度时输出低电平（或者相反）．也就是说，它只能在高、低电平之间跃变．请你提出一种方案，利用它来测量有齿车轮的转速．

解析：

因为磁场是变化的，对于霍尔元件，有UH＝k·

，

由此可得I＝

，其中k＝

由材料决定，同一材料k相同，不同材料n、e不同，k不同．

答案：

（1）如图甲所示，1为铁芯，2为霍尔元件，3为电压表．输入待测电流，形成磁场，电流变化引起磁场变化，从电压表可以测出电压有效值，B不同，则UH不同，找出待测电流不同时，所对应的B、UH之间的关系，即可用UH测出待测电流．

（2）如图乙所示，1为永磁体，2为霍尔元件，3为电压表，4为车轮，5为车轮上的齿，永磁体在霍尔元件附近，电压表有示数，当车轮转到有齿的位置时，因为齿由金属制成，为导磁性材料，故可以改变霍尔元件周围的磁场，磁场增强，输出高电平，当转至车轮空隙处（无齿处）时，磁场减弱，输出低电平．我们可以根据高、低电平出现的时间规律，测得车轮的转速．

8．青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，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（如黑夜）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，黑夜打开．电磁开关的内部结构如下图所示.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50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA.

（1）利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．

光敏电阻R1，符号

；

灯泡L，额定功率40W，额定电压36V，符号

；

保护电阻R2，符号

；

电磁开关，符号

；

蓄电池E，电压36V，内阻很小；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200Ω，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________．

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．

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__________________________________________________.

③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子．

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解析：

（1）电路原理图如下图所示．

（2）Umax＝ImaxR＝100×10－3×200V＝20V.

保护电阻R2上的最大电流为100mA，此时其两端电压为16V，则对应的电阻

R2＝

Ω＝160Ω.

电路中最大电流为50mA，

线圈两端电压U1＝ImaxR＝50×10－3×200V＝10V，则

R2上的电压为U2＝E－U1＝36V－10V＝26V，R2＝

＝

Ω＝520Ω.

故R2的阻值范围为160Ω～520Ω.

答案：

（1）电路原理图如下图所示．

（2）①20　160Ω～520Ω　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　③电磁起重机