实验十一传感器的简单使用

基础点

1.实验装置及电路图

2．实验目的

(1)认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性。

(2)了解传感器的简单应用。

3．实验原理

传感器是能将所感受到的物理量(如力、热、光、声等等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件。其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号。如热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号。转换后的信号经过相应的仪器进行处理，就可以达到自动控制的目的。

4．实验器材

热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。

5．实验步骤

A．研究热敏电阻的热敏特性

(1)实验步骤

①按图所示连接好电路，将热敏电阻进行绝缘处理。

②将多用电表置于欧姆挡，选择适当的挡位测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数。

③向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。

④将热水分几次注入烧杯，测量不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。

(2)数据处理

①根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性。

②在如图所示的坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。

(3)实验结论

根据实验数据和R-t图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。

B．研究光敏电阻的光敏特性

(1)实验步骤

①将光敏电阻、多用电表、小灯泡、学生电源、滑动变阻器按如图所示电路连接好，其中多用电表置于欧姆挡“×100”挡。

②先测出在室内自然光的照射下光

敏电阻的阻值，并记录数据。

③打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。

④测量用手掌(或黑纸)遮光时光敏电阻的阻值并记录。

(2)数据处理

把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。

光敏电阻被光照射时其电阻值发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。

重难点

一、误差分析

1．温度计读数带来的误差，可以选用精度高的温度计在较长时间内读数三次取平均值。

2．欧姆表的读数带来的误差，可以对同一温度、同一光照强度下的电阻读数三次取平均值。

二、注意事项

1．在做热敏电阻实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温和电阻值。

2．光敏电阻实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度。

3．欧姆表每次换档后都要重新调零。

三、实验改进

1．实验过程

对于热敏电阻的特性，可用以下实验进行研究。

如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻R T的两端相连，这时表针指在某一刻度，观察下述操作下的指针偏转情况：

(1)往R T上擦一些酒精。

(2)用吹风机将热风吹向电阻，根据指针偏转方向判断热敏电阻的特性。

2．实验分析

(1)往R T 上擦一些酒精，发现指针左偏，说明R T 的阻值增大，而酒精蒸发吸热，热敏电阻的温度降低，所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大。

(2)用吹风机将热风吹向电阻，发现指针右偏，说明R T 的阻值减小，而热敏电阻R T 的温度升高，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。

优点：改进后的实验简单且易操作，同学们能很快得出结论。

四、霍尔元件

1．霍尔元件

如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N ，它就成为一个霍尔元件。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。

2．霍尔电压

如上图所示，在E 、F 间通入恒定电流I ，同时外加磁场B ，则薄片中的载流子同时受到电场力和磁场力的作用。当磁场力与电场力平衡时，M 、N 间电势差达到恒定。设薄片厚度为d ，EF 方向长度为

l 1，MN 方向长度为l 2，则q U H l 2

＝q v B 。 又电流的微观表达式为I ＝nqS v ，所以U H ＝IB nqd 。

因为同一材料单位体积内载流子的个数n 、单个载流子的电荷量

q 均为定值，令k ＝1nq ，所以U H ＝k IB d 。

特别提醒