【課件】利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

§5.3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了溫度傳感器、光傳感器及其工作原理。請大家回憶一下我們學(xué)了哪些具體的溫度、光傳感器？天花板上的火災(zāi)報警器電飯鍋鼠標(biāo)器非接觸式紅外測溫儀盒子里面有什么裝置？原理：當(dāng)磁鐵靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用！實驗1、門窗防盜報警裝置實驗1、門窗防盜報警裝置實驗1、門窗防盜報警裝置實驗1、門窗防盜報警裝置基本元件及參數(shù)實驗器材和裝置實驗1、門窗防盜報警裝置

閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K，使繼電器工作。繼電器的動觸點c與常開觸點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)。當(dāng)門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電。繼電器的動觸點c與常閉觸點b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報警。干簧管在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用，繼電器則相當(dāng)于一個自動的雙向開關(guān)。電路工作原理實驗1、門窗防盜報警裝置實驗操作（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作。（2）確定各元件可以正常工作后，按照圖所示連接電路。（3）接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實驗現(xiàn)象。實驗2、光控開關(guān)①工作原理

白天，光強度較大，光敏電阻RG電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較低，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到一定程度時，RG的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個值（1.6V），輸出端Y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光（相當(dāng)于路燈亮了），這樣就達(dá)到了使路燈天明熄滅，天暗自動開啟的目的．思考與討論1、要想在天更暗時路燈才會亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些？為什么？

應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達(dá)到某個值（如1.6V），就需要RG的阻值達(dá)到更大，即天色更暗。2、用白熾燈模仿路燈，為何要用到繼電器？

由于集成電路允許通過的電流較小，要用白熾燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來啟閉工作電路．如下圖所示。

實驗2、光控開關(guān)①電磁繼電器的工作原理

當(dāng)線圈A中通電時，鐵芯中產(chǎn)生磁場，吸引銜鐵B向下運動，從而帶動動觸點D向下與E接觸，將工作電路接通，當(dāng)線圈A中電流為零時，電磁鐵失去磁性，銜鐵B在彈簧作用下拉起，帶動觸點D與E分離，自動切斷工作電路．實驗2、光控開關(guān)①控制電路的工作原理

天較亮?xí)r，光敏電阻RG阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢較低，則輸出端Y輸出高電平，線圈中無電流，工作電路不通；天較暗時，光敏電阻RG電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高，當(dāng)升高到一定值，輸出端Y由高電平突然跳到低電平，有電流通過線圈A，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動開啟；天明后，RG阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢逐漸降低，降到一定值，輸出端Y突然由低電平跳到高電平，則線圈A不再有電流，則電磁繼電器自動切斷工作電路的電源，路燈熄滅．實驗2、光控開關(guān)①實驗2、光控開關(guān)①實驗2、光控開關(guān)①光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應(yīng)用，其中就可用于街道路燈的自動控制開關(guān)，如圖所示為模擬電路，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，請連成正確的電路，達(dá)到日出燈熄，日落燈亮的效果．當(dāng)天亮?xí)r，光敏電阻減小，控制回路電流增大，電磁繼電器B工作，觸點斷開，路燈熄滅夜晚降臨，光敏電阻增大．控制回路電流減小，觸點接通，路燈點亮．1三極管由三個電極組成，分別是發(fā)射極e，基極b和集電極c。有NPN型和PNP型兩種（圖）。

三極管的一個重要特性是，從基極輸入一個較小的電流，就會在集電極獲得較大的電流。三極管還具有完成斷路和接通的開關(guān)作用。實驗2、光控開關(guān)②

當(dāng)基極電壓達(dá)到一定程度后，三極管被導(dǎo)通，從而使得由電源正極經(jīng)電阻R2、發(fā)光二極管、三極管集電極和發(fā)射極到達(dá)電源負(fù)極的回路被導(dǎo)通?？烧{(diào)電阻R1的作用是調(diào)整設(shè)定電路對周邊光亮度的反應(yīng)，在電路中能夠控制三極管的基極電流。如果把R1阻值調(diào)得更大些，就會在天更暗時才點亮路燈。實驗2、光控開關(guān)②

為了能夠驅(qū)動更大功率的負(fù)載，如采用小燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來啟、閉另外的供電電路，如圖乙中K為繼電器的線圈，S為它的常開觸點。為了防止繼電器釋放銜鐵時線圈中的自感電動勢損壞三極管，必須給線圈并聯(lián)一只二極管D，以提供自感電流釋放的通路。實驗2、光控開關(guān)②實驗2、光控開關(guān)②基本元件及參數(shù)實驗2、光控開關(guān)②電路工作原理

當(dāng)環(huán)境光比較弱時，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，點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合而點亮小燈泡L。

當(dāng)環(huán)境光比較強時，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。（1）按照圖所示連接電路，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，就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。（4）讓光照加強，當(dāng)光照強到某種程度時，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。實驗2、光控開關(guān)②實驗操作如圖為煙霧散射式火災(zāi)報警器，它主要由帶孔的外罩，發(fā)光二極管LED、光電三極管及不透明的擋板組成，請簡述它的工作原理．有煙霧時無煙霧時擋板遮擋收不到光高電阻光線散射光線照射到三極管電阻變小傳感器檢測到變化報警2實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗

原理:熱脹冷縮常溫下兩觸點分離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點接觸。1.雙金屬片溫度傳感器

實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗原因：雙金屬片銅的膨脹系數(shù)大于鐵實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗1.雙金屬片溫度傳感器

實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗2.雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用

實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗思考與討論：①常溫下，上、下觸點應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？

答：常溫下，上、下觸點應(yīng)是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動控制溫度的作用．實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗思考與討論：②熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實現(xiàn)的？

答：熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的．實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗如圖所示是自動調(diào)溫式電熨斗，下列說法正確的是(

)A．常溫時上下觸點是接觸的B．雙金屬片溫度升高時，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲C．原來溫度控制在80℃斷開電源，現(xiàn)要求60℃斷開電源，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些D．由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些切斷溫度要升高則應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些2回顧在家煮飯的過程？實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋1溫度傳感器的主要元件是什么？

感溫鐵氧體

2感溫鐵氧體的組成物質(zhì)是什么？

氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成

3感溫鐵氧體有何特點？什么是“居里點”？

常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，溫度達(dá)到103℃，失去鐵磁性．

居里點，又稱居里溫度，即指103℃。實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋思考與討論:電飯鍋的構(gòu)造實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋1開始煮飯時，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)。2水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持100℃不變。3飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點103℃”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱．思考與討論:4如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100℃不變，溫度低于“居里點103℃”，電飯鍋不能自動斷電。只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動斷電。實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋1.連貫地敘述電飯鍋的工作過程?

開始煮飯時，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)，則觸點接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內(nèi)保持100℃不變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，直到飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點103℃”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱．實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋電熨斗電飯鍋敏感元件______________________工作原理溫度變化時，由于雙金屬片上層金屬與下層金屬的________不同，雙金屬片發(fā)生彎曲從而控制電路的通斷(1)居里溫度：感溫鐵氧體常溫下具有鐵磁性，溫度上升到約103℃時，失去_______，這一溫度稱為“居里溫度”(2)自動斷電原理：用手按下開關(guān)通電加熱，開始煮飯，當(dāng)鍋內(nèi)加熱溫度達(dá)到103℃時，鐵氧體失去磁性，與永久磁鐵失去吸引力，被彈簧片彈開，從而推動杠桿使觸點開關(guān)斷開如圖是電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖，如果感溫磁體的“居里溫度”為103℃時，下列說法中正確的是(

)A．常溫下感溫磁體具有較強的磁性B．當(dāng)溫度超過103℃時，感溫磁體的磁性較強C．飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會超過103℃，這時開關(guān)按鈕會跳起D．常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不可能達(dá)到103℃，開關(guān)按鈕就不會自動跳起3門窗防盜報警裝置光控開關(guān)傳感器的應(yīng)用實例1.如圖是利用光敏電阻自動計數(shù)的示意圖，其中A是發(fā)光儀器，B是接收光信號的儀器，B中的主要元件是光電傳感器——光敏電阻。試簡要敘述自動計數(shù)的原理。鞏固練習(xí)解答：傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，供給信號處理系統(tǒng)的電壓變低；當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的信號時，光敏電阻的阻值變大，供給信號處理系統(tǒng)的電壓變高。這種高低交替變化的信號經(jīng)過信號處理系統(tǒng)的處理，就會自動將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字，實現(xiàn)自動計數(shù)的功能。鞏固練習(xí)2.煙霧散射式火災(zāi)報警器內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板。平常光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)_________電阻狀態(tài)。當(dāng)有煙霧時因其對光的散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變_________。與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發(fā)出警報。高小鞏固練習(xí)3.在電熨斗中裝有雙金屬片溫度傳感器，請簡要敘述一下電熨斗如何自動控制溫度。解答：雙金屬片的膨脹系數(shù)不同，上層金屬的膨脹系數(shù)大于下層的金屬。當(dāng)溫度變化時，由于雙金屬片的膨脹系數(shù)不同從而控制電路的通斷，以達(dá)到控制溫度的目的。鞏固練習(xí)4、唱卡拉OK用的話筒,內(nèi)有傳感器.其中有一種是動圈式的,它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈,線圈處于永磁體的磁場中,當(dāng)聲波使膜片前后振動時,就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?下列說法正確的是()A.該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B.該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C.膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變D.膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B鞏固