5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置 一、选择题（共 14 题） 1．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反 应．它的控制电路中可能接入的传感器是( ) A．温度传感器和光电传感器 B．光电传感器和声音传感器 C．声音传感器和热电传感器 D．温度传感器和热电传感器 2．用于火灾报警的离子烟雾传感器如图所示,在网罩Ⅰ内有电极Ⅱ和Ⅲ,a、b 端接电源,Ⅳ 是一小块放射性 同位素镅 241,它能放射出一种很容易使气体电离的粒子.平时,镅放射出的粒子使两个电极间的空气电离,在 a、b 间形成较强的电流.发生火灾时,烟雾进入网罩内,烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子,导致电流 发生变化,电路检测到这种变化从而发生警报.下列有关这种报警器的说法正确的是 A．镅 241 发出的是 α 粒子,有烟雾时电流减弱 B．镅 241 发出的是 α 粒子,有烟雾时电流增强 C．镅 241 发出的是 β 粒子,有烟雾时电流减弱 D．镅 241 发出的是 β 粒子,有烟雾时电流增强 3．如图所示为温度自动报警器的工作原理图，图中 1 是电磁铁、2 是衔铁，5 是水银温度计（水银导 电）。常温下 3 触点处于断开状态 4 触点处于闭合状态，则下列说法正确的是（　　） A．当温度低于警戒温度时电磁铁磁性增强，3 触点闭合 4 触点断开 B．此装置为低温报警装置，温度低于警戒温度时，电铃报警 C．此装置为高温报警装置，温度高于警戒温度时，指示灯亮 D．要提高报警时的警戒温度应使导线 AB 短些 4．温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的.图甲所示为 某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势 E  9.0 V ，内电阻不计，G 为灵敏电流表，其内阻 Rg 保持不变；R 为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示.闭合开关 S，当 R 的温度等于 20℃时，电 流表示数 A． 60℃ I1  2 mA ；当电流表的示数 B． 80℃ I 2  3.6 mA 时，热敏电阻的温度是（　　） C． 100℃ D． 120℃ 5．对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器．它的原理如下：传感器的核心为一惠 斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的 电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的 浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测．由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为(　 　) A．铜 B．合金 C．半导体 D．绝缘体 6．电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称为“霍 尔转把”，属于传感器非接触控制.转把内部有永久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲开启电源时，在霍尔器 件的上、下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙.随着转把的转动，其内部的永久磁铁也跟着转动，霍 尔器件能输出控制车速的电压，已知电压与车速关系如图丙.以下关于“霍尔转把”叙述正确的是（　　） A．为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上、下端分别为 N、S 极 B．按图甲顺时针转动电动车的右把手，车速将变快 C．图乙中从霍尔器件的左、右侧面输出控制车速的霍尔电压 D．若霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，将影响车速控制 7．在如图所示的自动控制电路中，当开关 S 断开时，工作电路的情况是（　　） A．灯亮，电动机转起来，电铃响 B．灯亮，电动机转起来，电铃不响 C．灯不亮，电动机不转，电铃响 D．灯亮，电动机不转，电铃响 8．图甲是在温度为 10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻 R1=20 kΩ，R2 =10 kΩ，R3 =40 kΩ，Rt 为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当 a、b 端电压 Uab ≤ 0 时，电压 鉴别器会令开关 S 接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当 a、b 端电压 Uab>0 时，电压鉴别 器会令开关 S 断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（ ） A．10℃ B．20℃ C．35℃ D．45℃ 9．传感器是一种采集信息的重要器件，图为测定压力的电容式传感器，将电容器、灵敏电电流表、电源 连接．施加力的作用使电极发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转．在对膜片开始施加恒 定的压力到膜片稳定，灵敏电流表指针的偏转情况为（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏） A．向右偏到某一刻度后不动 B．向左偏到某一刻度后不动 C．向右偏到某一刻度后回到零刻度 D．向左偏到某一刻度后回到零刻度 10．如图所示为某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1 为光敏电阻、R2 为定值电阻，A、B 接监控装置，则下列说法正确的是 ① 当有人通过而遮蔽光线时，A、B 间的电压增大 ② 当有人通过而遮蔽光线时，A、B 间的电压减小 ③ 当仅增大 R2 的阻值时，A、B 间的电压增大 ④ 当仅减小 R2 的阻值时，A、B 间的电压增大 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 11．霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿 z 轴方向均匀变化的匀强磁场，磁感应强度 B=B0+kz（B0、k 均为常数，且 k＞0）。将霍尔元件固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流 I 不变（方向 如图所示），当物体沿 z 轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在 y 轴方向的上、下表面的电势差 U 也不同。则 A．磁感应强度 B 越大，霍尔元件的前、后表面的电势差 U 越大 DU B．k 越大，传感器灵敏度（ D z ）越高 C．若图中霍尔元件是电子导电，则下表面电势高 D．电流越大，霍尔元件的上、下表面的电势差 U 越小 12．.如图为握力器原理示意图，握力器把手上的连杆与弹簧一起上下移动，握力的大小可通过特定的换算 关系由电流表的示数获得．当人紧握握力器时，如果握力越大，下列判断正确的有（） A．电路中电阻越大 B．电路中电阻越小 C．电路中电流越小 D．电路中电流越大 13．如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为 10∶1，图中电表均为理想电表，R、L 和 D 分 别是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)、电感线圈和灯泡．原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压 u，下 列说法正确的是(　 　) A．电压 u 的频率为 50 Hz B．电压表的示数为 22 2 V C．有光照射 R 时，电流表的示数变大 D．抽出 L 中的铁芯，D 灯变亮 14．美国科学家 Willard S ． Boyle 与 George E ． Snith 因电荷耦合器件（CCD）的重要发明获得 2009 年 度诺贝尔物理学奖．CCD 是将光学量转变成电学量的传感器．下列器件可作为传感器的有（） A．发光二极管 B．热敏电阻 C．霍尔元件 D．干电池 二、填空题 15．电熨斗装有________________传感器，其作用是____________________。 16．图 a 是热敏电阻 R1 的阻值随 温度变化的图象，图 b 是由热敏电阻 R1 做为传感器制作的简单自动报警 器线路图． （1）为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在________（填“a”或“b”） （2）若使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片 P 点向_________移动（填“左”或“右”）． 17．热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．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________(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响应更______(选填“敏感”或“不敏感”)． 18．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． Ic 提供的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过 999.9 Ω），直流电源（输出电压为 U，内阻不计），滑动变阻器 R2 时就会报警），电阻箱（最大阻值为 R1 （最大阻值为 1 000 Ω），滑动变阻器 （最大阻值为 2 000 Ω），单刀双掷开关一个，导线若干． 在室温下对系统进行调节，已知 U 约为 18 V， Ic 约为 10 mA；流过报警器的电流超过 20 mA 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 650.0 Ω． （1）在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线_________． （2）在电路中应选用滑动变阻器________（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______Ω；滑动变阻器的滑片 应置于______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是______． ② 将开关向______（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至______． （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． 三、综合题 19．工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故，工厂中大 都是利用光电控制设备来避免事故发生的。如图所示为光控继电器的示意图，它由电源、光电二极管（当 有光照射时，二极管导通，没有光照时，二极管截止）、放大器、电磁继电器等几部分组成。这样，当工 人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即带动开关，使机床停止工作，避免事 故发生。请简述光控继电器的原理。 20．电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体，其特点是：常温下感温铁氧体具有铁磁 性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约 103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物 理学中称为该材料的“居里点”。电饭锅的结构如图所示，请结合温度传感器的特点回答以下问题： (1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示状态？为什么？ (2)煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分时，为什么锅的温度会保持 100℃而不会持续升高？ (3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？ (4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？ 21．如图甲所示是一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合 后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，