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傳感器是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的必要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對(duì)原始信息進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠地捕捉和轉(zhuǎn)換，那么一切控制將無法實(shí)現(xiàn)。
新課導(dǎo)入
第3節(jié) 利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>2.實(shí)驗(yàn)器材
了解門窗報(bào)警裝置的原理
干簧管:
作為傳感器，用于感知磁體磁場(chǎng)是否存在
繼電器：作為執(zhí)行裝置
二極管：作為電路正常工作提示
門窗防盜報(bào)警裝置電路圖
發(fā)光二極管
電源、導(dǎo)線、開關(guān)、干簧管、繼電器、蜂鳴器、發(fā)光二極管、電阻、小磁體。
實(shí)驗(yàn)一　門窗防盜報(bào)警裝置
干簧管:
作為傳感器，用于感知磁體磁場(chǎng)是否存在
繼電器：作為執(zhí)行裝置
二極管：作為電路正常工作提示
3.實(shí)驗(yàn)原理
當(dāng)門窗緊閉時(shí),磁體M靠近干簧管SA,干簧管兩個(gè)簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K,使繼電器工作。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)a接通,發(fā)光二極管LED發(fā)光,顯示電路處于正常工作狀態(tài)。
干簧管在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用,
實(shí)驗(yàn)原理圖
繼電器則相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)的雙向開關(guān)。
閉合電路開關(guān)S,系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。
當(dāng)門窗開啟時(shí),磁體離開干簧管,干簧管失磁斷開,繼電器被斷電。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通,蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警。
干簧管可將門與門框的相對(duì)位置這一非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷。
當(dāng)門窗緊閉時(shí)，蜂鳴器不響，指示燈亮
當(dāng)門窗被打開時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，指示燈滅。
③接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
4.實(shí)驗(yàn)操作
①連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管，觀察簧片能否正常動(dòng)作。
②確定各元件可以正常工作后，按照?qǐng)D所示連接電路。
例1 如圖所示是一位同學(xué)設(shè)計(jì)的防盜門報(bào)警器的簡(jiǎn)化電路示意圖.門打開時(shí),紅外光敏電阻R3受到紅外線照射,電阻減小;門關(guān)閉時(shí)會(huì)遮蔽紅外線源(紅外線源沒有畫出).經(jīng)實(shí)際試驗(yàn),燈的亮、滅能反映門的開、關(guān)狀態(tài).
(1)門打開時(shí)R2兩端的電壓U2比門關(guān)閉時(shí)　　(選填“大”或“小”);
(2)門打開時(shí)　　(選填“紅”或“綠”)燈亮.
小
紅
[解析] 當(dāng)門打開時(shí),R3受紅外線照射,電阻減小,則總電阻減小,總電流I增大,根據(jù)閉合電路歐姆定律有U2=E-I(R1+r),可知R2兩端電壓減小,則R2中電流I2減小,所以R3中電流I3=I-I2增大,電磁繼電器產(chǎn)生的磁場(chǎng)增強(qiáng),把銜鐵吸下,紅燈亮.
實(shí)驗(yàn)一
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>光控路燈可以根據(jù)光照的變化自動(dòng)開啟或關(guān)閉。
2.實(shí)驗(yàn)器材
三極管:
作為放大電流，以及控制電路通斷的作用
RG：光敏電阻
二極管：模仿路燈
三極管電路符號(hào)及實(shí)物圖
可調(diào)電阻、限流電阻、光敏電阻、暗電阻、亮電阻、三極管、發(fā)光二極管、繼電器、小燈泡、二極管、電源
光敏電阻
實(shí)驗(yàn)2.光控開關(guān)
三極管電路符號(hào)及實(shí)物圖
3.實(shí)驗(yàn)原理
當(dāng)環(huán)境的光比較強(qiáng)時(shí),光敏電阻RG的阻值很小,三極管不導(dǎo)通,發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路,即發(fā)光二極管不工作;繼電器處于常開狀態(tài),小燈泡L不亮。
實(shí)驗(yàn)原理圖
當(dāng)環(huán)境的光比較弱時(shí),光敏電阻RG的阻值變大,三極管導(dǎo)通,且獲得足夠的基極電流,產(chǎn)生較大的集電極電流,點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L。
強(qiáng)光→RG很小→三極管不導(dǎo)通→小燈泡不亮。
弱光→RG很大→三極管有大電流→小燈泡亮。
4.實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
（1）按照?qǐng)D5.3-5所示連接電路，檢查無誤后，接通電源。
（2）讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。
（3）遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時(shí)，就會(huì)看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。
（4）讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí)，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。
實(shí)驗(yàn)二　光控開關(guān)
實(shí)驗(yàn)二
例2 光敏電阻在自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用,街道路燈自動(dòng)控制就是其應(yīng)用之一,圖示電路為其模擬電路,其中電源的內(nèi)阻可忽略不計(jì),A處接電磁繼電器,B為三極管(當(dāng)φe-φb≥0.2 V時(shí),c、e間的電阻R可忽略不計(jì),當(dāng)φe-φb<0.2 V時(shí),R可視為無窮大),b點(diǎn)的電勢(shì)由R1與R2的比值決定,R1、R2中有一個(gè)是定值電阻,另一個(gè)是光敏電阻,阻值隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而減小,C為電磁繼電器,D為路燈.為了達(dá)到日出路燈熄,日落路燈亮的效果,請(qǐng)回答下列問題:
(1)R1是　　　　　(選填“光敏電阻”或“定值電阻”);
光敏電阻
[解析] 由于光敏電阻阻值隨著光照強(qiáng)度的增大而減小,為使路燈正常工作,在白天時(shí)電磁繼電器的觸點(diǎn)斷開,電磁鐵通電,φe-φb≥0.2 V,R1變小或R2變大,而白天時(shí)光敏電阻阻值變小,所以R1是光敏電阻;
實(shí)驗(yàn)二
例2 光敏電阻在自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用,街道路燈自動(dòng)控制就是其應(yīng)用之一,圖示電路為其模擬電路,其中電源的內(nèi)阻可忽略不計(jì),A處接電磁繼電器,B為三極管(當(dāng)φe-φb≥0.2 V時(shí),c、e間的電阻R可忽略不計(jì),當(dāng)φe-φb<0.2 V時(shí),R可視為無窮大),b點(diǎn)的電勢(shì)由R1與R2的比值決定,R1、R2中有一個(gè)是定值電阻,另一個(gè)是光敏電阻,阻值隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而減小,C為電磁繼電器,D為路燈.為了達(dá)
到日出路燈熄,日落路燈亮的效果,請(qǐng)回答下列問題:
(2)請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線,將實(shí)物連接成正確的電路.
[解析] 根據(jù)題述分析可知,A處與繼電器相連,路燈與火線、零線相連接,開關(guān)應(yīng)接在火線上,畫導(dǎo)線時(shí)要避免交叉,電路圖如圖所示.
實(shí)驗(yàn)二
[答案]
課 堂 小 結(jié)
利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置
門窗防盜報(bào)警裝
思維拓展
課后習(xí)題
1. 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)加速度計(jì)，如圖5.3-6 所示。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平 移，滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著；R為滑動(dòng)變阻器， 4是滑動(dòng)片，它與電阻器任一端之間的電阻值 都與它到這端的距離成正比。這個(gè)裝置就是一 個(gè)加速度傳感器。兩個(gè)電池E的電壓相同。按 圖連接電路后，電壓表指針的零點(diǎn)位于表盤中 央，當(dāng)P端的電勢(shì)高于Q端時(shí)，指針向零點(diǎn)右 側(cè)偏轉(zhuǎn)。 將框架固定在運(yùn)動(dòng)的物體上，當(dāng)物體具有 圖示方向的加速度a時(shí)，電壓表的指針將向哪 個(gè)方向偏轉(zhuǎn) 簡(jiǎn)述你分析的過程。
課后習(xí)題
2. 雙金屬溫度傳感器是將兩種具有不同熱 膨脹系數(shù)的金屬貼合在一起制成的。當(dāng)它溫度 升高時(shí)，兩種金屬伸長不一樣而發(fā)生彎曲變形， 使觸點(diǎn)接通或斷開。日光燈啟動(dòng)器里就有一個(gè) 雙金屬溫度傳感器（圖5.3-7）。取一個(gè)報(bào)廢的 日光燈啟動(dòng)器，去掉外殼，在充有氖氣的玻璃 泡內(nèi)，有一個(gè) U 形的雙金屬片，其旁邊有一根 直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對(duì)觸點(diǎn)。常溫下兩 觸點(diǎn)是分離的，溫度升高時(shí)，雙金屬片因形變 而與金屬絲接觸。 敲碎氖泡的玻璃，調(diào)節(jié)兩觸點(diǎn)之間的距離，使溫度升高到60 ℃時(shí)兩觸點(diǎn)恰好接通。請(qǐng)你利 用這個(gè)雙金屬溫度傳感器，設(shè)計(jì)一個(gè)電熱水器 自動(dòng)加熱的控制方案。當(dāng)水溫低于60 ℃時(shí)自動(dòng) 通電加熱，高于60 ℃時(shí)自動(dòng)斷電。
課后習(xí)題
3. 工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞 動(dòng)時(shí)，稍有不慎就會(huì)把手壓在里面，造成工傷 事故，工廠中大都是利用光電控制設(shè)備來避免 事故發(fā)生的。如圖5.3-8所示為光控繼電器的示 意圖，它由電源、光電二極管（當(dāng)有光照射時(shí)， 二極管導(dǎo)通，沒有光照時(shí)，二極管截止）、放 大器、電磁繼電器等幾部分組成。這樣，當(dāng)工 人不慎將手伸入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，由于遮住了光線， 光控繼電器銜鐵立即帶動(dòng)開關(guān)，使機(jī)床停止工 作，避免事故發(fā)生。請(qǐng)簡(jiǎn)述光控繼電器的原理。

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