第5讲实验:利用传感器设计并制作简单的自动控制装置A组基础巩固1.唱卡拉OK用的话筒内有传感器,其中有一种是动圈式的,它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小线圈,线圈处于永磁体的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转换为电信号。下列说法正确的是()A.该传感器是根据电流的磁效应工作的B.该传感器是根据电磁感应原理工作的C.膜片振动时,穿过金属线圈的磁通量不变D.膜片振动时,金属线圈中不会产生感应电动势答案B当声波使膜片前后振动时,带动处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线,穿过线圈的磁通量发生改变,产生感应电流,从而将声音信号转变为电信号。可见利用的是电磁感应原理。2.传感器是一种采集信息的重要器件,如图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路,当待测压力作用于膜片电极上时,下列说法中正确的是()①若F向下压膜片电极,电路中有从a到b的电流;②若F向下压膜片电极,电路中有从b到a的电流;③若F向下压膜片电极,电路中不会有电流产生;④若电流表有示数,说明压力F发生变化;⑤若电流表有示数,说明压力F不会发生变化。A.②④B.①④C.③⑤D.①⑤答案A当向下压时,因为C=εrS4πkd,d减小,C增大,在U不变时,由C=QU知,Q增大,电路中有从b向a的电流,②正确;当F变化时,电容器两极板的间距变化,电容变化,电容器所带电荷量发生变化,电路中有电流,④正确,故选A。3.关于传感器工作的一般流程,下列说法中正确的是()A.非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件B.电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量C.非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量D.非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量答案C传感器工作的一般流程为:非电学量被敏感元件感知,然后通过转换元件转换成电信号,再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量,因此A、B、D错,C对。4.如图所示为电容式传感器部分构件的示意图。当动片(实线图)和定片(虚线图)之间正对扇形区的圆心角的角度θ发生变化时,电容C便发生变化,图中能正确反映C和θ间函数关系的是()答案D当角度θ发生变化时,极板正对面积发生变化,S=πr2θ2π=r22θ,又C=εrS4πkd,所以C=εrr2θ8πkd,θ=8πkdCεrr2,故D正确。5.电流传感器可以像电流表一样测量电流,它的优点是反应非常快,可以捕捉到瞬间的电流变化,还可以与计算机相连,能在很短的时间内画出电流随时间的变化图像。按图甲连接电路,提供8V直流电源,先使开关S与1相连,电源向电容器充电,这个过程可在瞬间完成,然后把开关S掷向2,电容器放电,传感器将电流信息传入计算机,屏上显示出电流随时间变化的I-t曲线,如图乙所示。(1)图乙中画出的竖直狭长矩形(图乙最左端),它的面积表示的物理意义是;(2)估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量是C;(3)根据以上数据估算,电容器的电容是F。答案(1)电容器0.1s内放电的电荷量(2)6.08×10-3(6.00×10-3、6.16×10-3均正确)(3)7.6×10-4(7.5×10-4、7.7×10-4均正确)解析(1)因为q=It,所以I-t图线与t轴所围“面积”表示电荷量q。(2)图线与t轴所围的“面积”有76个格(或75、77个格),所以电荷量为76×0.2×0.4×10-3C=6.08×10-3C(6.00×10-3、6.16×10-3C都算正确)。(3)电容器充电的电压U等于电源电动势E=8V,由C=QU得C=7.6×10-4F(7.5×10-4、7.7×10-4F都算正确)。B组综合提能1.如图甲是某同学设计的电容式速度传感器原理图,其中上板为固定极板,下板为待测物体,在两极板间电压恒定的条件下,极板上所带电荷量Q将随待测物体的上下运动而变化。若Q随时间t的变化关系为Q=bt+a(a、b为大于零的常数),其图像如图乙所示,那么图丙、图丁中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是()A.①和③B.①和④C.②和③D.②和④答案C平行板电容器间电压恒定,板间场强E=Ud=QCd=QεrS4πkdd=4πkQεrS,故E∝Q,即E∝bt+a,故②可能正确。极板所带电荷量Q=UC=UεrS4πkd=UεrS4πkd,与已知Q随时间的变化关系对比可知d∝t+a,即待测物体的运动为匀速运动,故③可能正确。2.现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当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Ic时就会报警),电阻...
