版创新高三一轮复习系列选考总复习浙江专版通用技术讲义选修 第二章电子控制系统信息的获取与转.docx

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版创新高三一轮复习系列选考总复习浙江专版通用技术讲义选修第二章电子控制系统信息的获取与转

第二章　电子控制系统信息的获取与转换

[考试标准]

考试内容

考试要求

考试属性

已考点

认识常见的传感器

①常见的传感器

②光敏传感器、热敏传感器的检测

③常见传感器的作用

a

c

a

加试

2017年4月选考（第10题）

传感器的应用

①传感器的常见应用

②传感器的选择

b

c

加试

2016年10月选考（第11题）

一、认识常见的传感器

1.人与传感器

（1）传感器：

将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出的一种装置。

传感器是电子控制系统获取外部信息的唯一途径。

（2）传感器与人体的器官

眼睛——光敏传感器　耳朵——声敏传感器　鼻——气敏传感器　舌——味觉传感器　皮肤——压敏、热敏、湿敏传感器

（3）传感器的组成

由敏感元件、输出部分组成。

通过敏感元件获取外界信息并转换为电信号，再通过输出部分输出。

敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

转换元件：

将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。

基本转换电路：

上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。

2.传感器的作用

（1）获取外界的信息，并将非电量信息转换成电信号（电流、电压）输出。

（2）传感器的类型

气敏传感器——接受气体信息，并转换为电信号（如酒精浓度测试仪）

力敏传感器——接受力信息，并转换为电信号（如胎压监测）

声敏传感器——接受声信息，并转换为电信号（如语音控制）

位移传感器——接受位移信息，并转换为电信号

3.传感器的检测

（1）光敏电阻测试

①用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近无穷大。

②将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显减小。

③将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间断受光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。

如果万用表指针始终停在某一位置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。

测试经验：

针对方法

（1），测试值越大，说明光敏电阻性能越好。

若此值很小或接近零，说明光敏电阻已烧穿损坏，不能再用。

针对方法

（2），此值越小说明光敏电阻性能越好。

若此值很大，表明光敏电阻内部开路损坏，不能再用。

（2）压敏电阻测试

测试方法：

用万用表的Rxlk挡测量压敏电阻两引脚之间的正、反向绝缘电阻，均应为无穷大。

测试经验：

如测得的阻值不是无穷大，说明有漏电流。

若所测阻值很小，说明压敏电阻已损坏；不能使用。

（3）热敏电阻测试

怎么用万用表测热敏传感器的好坏

热敏电阻的阻值随着温度的变化而变化。

根据这一特点，测量时选万用表的10k挡，将表笔分别连接于热敏电阻的两端，万用表显示的阻值，一般在300～500kΩ。

当用电烙铁靠近热敏电阻时（不要靠在电阻上，以免烧坏），阻值会随着温度的升高而变小。

如表针（或数字）不动，或一开始测量显示的数值就偏小，说明该电阻已损坏。

二、传感器的应用

1.常见传感器及应用

（1）光敏传感器

①原理：

利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，由光敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成，敏感波长包括可见光、红外线和紫外线。

②元件符号及实物。

（电路中用字母“RL”、“RG”或“R”表示）

③可见光光敏电阻应用：

如光电自动开关门，声光控开关，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，人体感应开关等电子产品光自动控制领域。

红外光敏电阻器应用：

导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测等。

（2）热敏传感器

①原理：

热敏电阻（负温度系数热敏电阻NTC），是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，这些金属氧化物都具有半导体性质，导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。

温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。

②元件符号及实物。

（电路中用字母符号“RT”或“R”表示）

③应用：

PTC正温度热敏电阻用作温度的测量与控制，如控制开水器的水温、空调器与冷库的温度，利用本身加热作气体分析和风速机等方面。

NTC负温度热敏电阻适用于粮仓测温仪，同时也可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量。

（3）湿敏传感器

①原理：

感受外界湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将湿度转化成电信号的器件。

②元件符号及实物。

（电路中用字母“RS”或“R”表示）

③应用：

湿敏传感器在气象预报、医疗卫生、食品加工等行业有广泛的应用。

（下雨自动关窗、自动浇花装置等）

（4）气敏传感器

①原理：

利用表面气敏薄膜与待测气体相互作用（化学反应或物理吸附），使得导电率发生变化。

②元件符号及实物（电路中常用字母“RQ”或“R”表示）

③应用：

一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。

（5）磁敏传感器（电路中常用符号“RC”或“R”表示）

①原理：

通过磁电作用将被测量（振动、位移、转速等）转换成电信号。

在磁敏传感器中，霍尔元件及霍尔传感器的生产量是最大的。

②元件符号及实物

③应用：

金属异物探测器，磁带录音机、录像机、XY记录仪、打印机、电唱机及仪器中的通风风扇等。

（6）力敏传感器

①原理：

将位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数，转换成电信号的器件。

②元件符号及实物。

（电路中常用符号“RC”或“R”表示）

③应用：

测力、称重、汽车胎压监测系统、安保系统等。

（7）声敏传感器

①原理：

将声音传播的机械振动转换成电信号的器件

声敏电阻→信号→电路转换、放大→传送

②元件电路和符号。

（电路中常用符号“RC”或“R”表示）

③应用：

声控灯、语音控制、话筒（麦克风）、侦察监视、超声波检测等。

【例1】　如图所示为某传感装置内部部分电路图，RT为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表。

若发现电压表示数增大，可能的原因是（　　）

①热敏电阻温度降低，其他条件不变　②热敏电阻温度升高，其他条件不变　③光照减弱，其他条件不变　④光照增强，其他条件不变

A.①③B.①④

C.②③D.②④

解析　热敏电阻温度降低，其他条件不变时，热敏电阻阻值减小，总电阻减小，总电流变大，则热敏电阻及光敏电阻所在的并联支路电压减小，光敏电阻上的电流减小，则热敏电阻及电阻R3上的电流变大，则电压表的读数变大，故①正确，②错误；若光照减弱，则光敏电阻的阻值增大，总电阻变大，总电流减小，则热敏电阻及光敏电阻所在的并联支路电压增大，则R3上的分压变大，电压表示数变大，选项③正确，④错误。

故选A。

答案　A

[变式1]　如图所示为没有开关的砖块灯，这盏灯上面没有按钮，也没有电源线，然而，想操作它却又非常简单，把砖块立起来，就可以照明，合在桌面上。

灯就灭掉。

请你为这款灯选择合适的传感器（　　）

A.温度传感器（能感受温度并转换成可输出的电信号）

B.湿度传感器（把湿度转换成电信号并输出）

C.光敏传感器（把光信号转换为电信号的传感器）

D.重力传感器（利用了其内部有加速度会造成的晶体变形这个特性，完成从重力变化到电信号的转换）

答案　D

【例2】　（2016·10月浙江选考）如图所示是某电动玩具的电路图，电路图中R1应选用的类型是（　　）

答案　B

[变式2]　（2017·4月绍兴模考）自动烘手机的工作原理一般为：

当手靠近出风口，传感器检测到信号，控制电路对信号处理后控制打开加热电路继电器及吹风电路继电器，开始加热、吹风。

当传感器检测的信号消失时，停止加热、吹风。

以下最适合用在该控制电路的传感器是（　　）

答案　B

【易混易错】

1.传感器及应用可能

传感器品种

工作原理

可被测定的非电学量

敏力电阻，热敏电阻（NTC），PTC，半导体传感器

阻值变化

力，重量，压力，加速度，温度，湿度，气体

电容传感器

电容量变化

力，重量，压力，加速度，液面，湿度

感应传感器

电感量变化

力，重量，压力，加速度，旋进数，转矩，磁场

霍尔传感器

霍尔效应

角度，旋进度，力，磁场

压电传感器，超声波传感器

压电效应

压力，加速度，距离

热电传感器

热电效应

烟雾，明火，热分布

光电传感器

光电效应

辐射，角度，旋转数，位移，转矩

2.常见传感器的结构图和电路符号

传感器名称

结构图

电路符号

光敏传感器

热敏传感器

湿敏传感器

磁敏传感器

3.常见传感器应用举例

传感器类型

应用举例

气敏传感器

酒驾检测

力敏传感器

电子秤、轨道衡

光敏传感器

计数器、安全监控、厚度检测

红外线传感器

自动门、自动水龙头、夜视仪

超声波传感器

声呐、超声波测距、超声波清洗

热敏传感器

空调、加热炉

声敏传感器

话筒

1.如图所示为公共厕所人体感应自动供水系统示意图。

当探头检测到有人进入厕所，控制器控制电磁阀打开，向水箱供水。

适合用作探头的是（　　）

A.红外传感器B.压力传感器

C.水位传感器D.光敏传感器

解析　红外传感器是利用红外辐射来检测有无人进入。

答案　A

2.关于各传感器的应用，描述不正确的是（　　）

A.在农村棉花收割季节，可以用温、湿度传感器测出棉花的温度和湿度

B.电子秤能称重是利用了压力应变式传感器

C.红外测温仪利用热敏传感器测出人体温度值

D.需要测量一些长距离时，可以用位移传感器实现

解析　红外测温仪是利用红外温度传感器，利用红外辐射测量温度，而不是热敏传感器。

故C选项符合题意。

此类考题需要考生能理解各种常用传感器的应用场合，教材中对湿度传感器、压力应变式传感器、光敏传感器、位移传感器、声敏传感器等都有案例解析和说明，了解这些案例有助于解答该类考题。

答案　C

3.如图所示是某公司推出的一款智能马桶，温度低时能自动加热坐垫，在你起身时就自动冲水，还有挥挥手就能自动打开的水龙头以及自动伸过来的毛巾架，非常的智能。

你认为该款智能马桶不可能用到的传感器是（　　）

A.红外传感器B.湿度传感器

C.位移传感器D.温度传感器

解析　本题考查了传感器的应用。

温度低时能自动加热，这时要用到温度传感器；起身时自动冲水，能够检测到位移量变化的，要用位移传感器，挥挥手能打开水笼头和自动伸过来的毛巾架；检测手的变化用到红外传感器。

答案　B

4.有些洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的传感器是（　　）

A.温度传感器B.压力传感器

C.生物传感器D.红外线传感器

解析　感应水位对洗衣机桶壁的压力不同，所以应该采用压力传感器，B正确。

答案　B

5.传感器不能用于（　　）

A.科学测量B.科学计数

C.科学探究D.杀死癌细胞

解析　运用传感器可以科学测量、科学计数、科学探究等，但不能杀死癌细胞。

答案　D

6.传感器担负着信息采集的任务，下列描述错误的是（　　）

A.将力学量（如形变量）转变成电学量

B.将热学量转变成电学量

C.将光学量转变成电学量

D.将电学量转变成力学量

解析　传感器是将所感受到的不便于测量的物理量（如力、热、光、声等）转换成便于测量的物理量（一般是电学量）的一类元件。

答案　D

自动喷水定向灭火控制系统，火灾发生时，传感器精确检测火源的方位信息，内置芯片处理器将位置信息进行处理，从而控制旋转电机使喷头喷嘴转向对准火源位置，同时使电磁阀门开启喷出。

请据此回答7～8题。

7.该控制系统的传感器应该选用（　　）

A.光敏传感器B.红外传感器

C.热敏传感器D.浓度传感器

解析　火灾发生时，该装置中的传感器要精确检测火源的方位信息，需要热敏传感器。

答案　C

8.关于该控制系统的说法正确的是（　　）

A.该控制系统有检测装置所以是闭环控制系统

B.输入量是烟雾温度，输出量是喷嘴转动和电磁阀门开启

C.芯片处理器是执行器

D.旋转电机是控制器

解析　该控制系统中的控制器是芯片处理器，执行器是旋转电机和电磁阀，被控对象是喷头，输入量是热敏传感器检测到的烟雾温度，输出量是喷头转动和电磁阀门开启，故为开环。

所以选B。

答案　B

9.下列技术中，不涉及传感器的应用的是（　　）

A.宾馆的自动门

B.普通水银温度计

C.家用电饭煲的加热和保温

D.声控开关

解析　宾馆的自动门一般装有感应类传感器，如红外（热辐射）传感器、光电传感器、微波传感器等；家用电饭煲的加热和保温功能的转换采用了热敏电阻式传感器；声控开关采用了声敏传感器；普通水银温度计不涉及传感器的应用。

答案　B

1.（2016·温州联考）智能手机之所以功能强大，其中很多地方要归功于多种多样的传感器，关于手机传感器下列说法不正确的是（　　）

A.喇叭声是传感器，能将声信号转化为电信号

B.光线传感器能将光信号转化电信号，让手机拍照时能获得实时光照数据

C.压力传感器能将压力转化为电信号，可以检测手指按压屏幕的力度

D.指南针是利用磁敏传感器，可以检测磁场强度和方向

解析　喇叭是将电信号转换成声信号，输出为声音。

答案　A

2.传感器与人感觉器官的对应关系，不正确的是（　　）

A.眼——光敏传感器B.耳——声敏传感器

C.鼻——气敏传感器D.舌——磁敏传感器

解析　传感器的作用相当于人的感官系统，舌对应味觉传感器。

故D选项符合题意。

此类考题考生需要了解传感器在生活中的应用，并理解各类传感器可以对应于人的感觉器官，如眼对应光敏传感器，耳对应声敏传感器，鼻对应气敏传感器，舌对应味觉传感器等，有助于常见传感器的理解和应用。

答案　D

3.传感器的应用很广，下例事例或器材中利用温度传感器的是（　　）

A.洗衣机定时器开关

B.电视无线遥控开关

C.电饭锅自动控温

D.楼道电灯自动控制开关

解析　电饭锅自动控温是利用温度对电路影响制成的，C正确。

电视无线遥控开关利用红外线；楼道电灯自动控制开关是利用声控、声音传感器。

答案　C

4.如图所示是一款自动抽油烟机，当传感器检测到的油烟浓度高于某一值时，抽油烟机开始排烟。

该控制系统的传感器应该选用（　　）

A.气敏传感器B.流量传感器

C.压力传感器D.温度传感器

解析　该系统需要检测油烟浓度，因此需选用气敏传感器，A项正确。

答案　A

5.下列传感器作用的描述中，不正确的是（　　）

A.力敏传感器接受作用力信息，并转化为电信号

B.磁敏传感器接受磁场信息，并转化为电信号

C.超声波传感器接受位置信息，并转化为电信号

D.位移传感器接受位移信息，并转化为电信号

解析　传感器是将非电量转化为与之有确定对应关系的电量输出的一种装置。

超声波传感器其实是声敏传感器，遇到不同密度的物体反射回不同的声音信号（反射波），可以知道物体的方位和距离。

故C选项符合题意。

常用传感器有光敏、声敏、气敏、磁敏、热敏、力敏、湿敏、位移传感器等，考生需了解这些传感器能把什么类型的非电信号转换成电信号，有助于此类考题的解答。

答案　C

6.如图所示是智能清洁机器人，具有吸尘、防撞功能。

吸尘系统用电机带动清扫刷转动，清扫灰尘并将灰尘集中于吸风口处，由吸尘机构制造的吸力将灰尘吸入灰尘存储器中。

防撞系统中传感器检测周围的障碍物，单片机对信号加以判断，控制电机驱动轮子改变方向，躲避障碍。

如果吸尘系统与防撞系统的被控对象分别为灰尘存储器和轮子，则以下分析正确的是（　　）

A.吸尘系统属于开环控制，防撞系统属于闭环控制

B.吸尘系统的执行器是吸力

C.防撞系统的传感器可以选用红外传感器

D.防撞系统的控制器是单片机

答案　D

7.如图所示是干簧管的外形和内部结构，以下说法不正确的是（　　）

A.电子控制系统中，干簧管是获取外部信息的一种途径

B.干簧管是一种磁敏传感器，当有磁铁靠近时，干簧管的两个簧片相互分离

C.干簧管能把磁场信号转换为电流信号

D.干簧管的两个电极没有正负之分

解析　干簧管是一种磁敏传感器，当磁铁靠近时，干簧管的两个簧片相互吸引。

本题考查的是传感器的种类和应用。

答案　B

8.小宋发现盲人在倒开水时很不方便，一旦开水溢出，就会发生烫伤事故，因此他想发明一个盲人使用的杯子。

在市场上买电器元件时，小宋肯定不需要买的是（　　）

A.温度感应器B.湿度感应器

C.报警用的发光二极管D.蜂鸣器

解析　盲人使用的杯子是需要声音报警，而不能用发光二极管。

答案　C

9.街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮，熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的（　　）

A.压敏性B.光敏性

C.热敏性D.三种特性都利用

解析　灯要求夜晚亮、白天熄，则白天有光，黑夜没有光，则是由光导致电路的电流变化，所以电路中光传感器导致电阻变化，实现自动控制，因此是利用半导体的光敏性。

答案　B

10.如图所示的电路中，当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时，电流表的示数增大，则说明（　　）

A.在温度越高时，热敏电阻阻值越大

B.在温度越低时，热敏电阻阻值越小

C.半导体材料温度升高时，导电性能变差

D.半导体材料温度升高时，导电性能变好

解析　电流表的示数增大，说明电路中的电流增大，电阻减小，所以这个热敏电阻的电阻率是随温度的升高而降低的。

电阻率减小，导电性能变好，故D选项正确。

答案　D

11.在宾馆的洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。

手靠近干手机能使传感器工作，是因为（　　）

A.改变了湿度B.改变了温度

C.改变了磁场D.改变了电容

解析　根据自动干手机工作的特征，手靠近电热器开始工作，手撤离电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容。

手靠近时相当于连接一个电容，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容。

用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于湿度、温度的变化而工作就成了室内烘干机。

答案　D

12.用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是光电传感器把光信号转化为电信号的过程。

下列选项中，属于这类传感器的是（　　）

A.红外报警装置

B.走廊照明灯的声控开关

C.自动洗衣机中的压力传感装置

D.电饭煲中控制加热和保温的温控器

解析　红外报警装置把红外光信号转化成电信号，系统中安装了同样的光电传感器；走廊照明灯的声控开关把声音信号转化成电信号，系统中安装了声敏传感器；自动洗衣机中的压力传感装置将压力信号转化成电信号，系统中安装了力敏传感器；电饭煲中控制加热和保温的温控器将温度信号转化成电信号，系统中安装了温度传感器。

答案　A

13.为了了解人体内部信息，应选用（　　）

A.热敏传感器B.位置传感器

C.干簧管D.超声波传感器

答案　D

14.小通设计了如图所示的一款小音箱，带有音乐播放控制系统。

如果把手伸进它的口中，就会播放几首歌曲，然后自行停止。

在选用该控制系统的传感器时，以下最合适的是（　　）

A.声音传感器B.红外传感器

C.温度传感器D.气敏传感器

解析　在本控制系统中人手的信号是输入信号，这个信号的获得最适合的传感器是红外传感器。

答案　B

15.电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置。

由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一个物理量的值的变化，如图所示为四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法中，不正确的是（　　）

A.图甲中的传感器可以用来测量角度

B.图乙中的传感器可以用来测量液面的高度

C.图丙中的传感器可以用来测量压力

D.图丁中的传感器可以用来测量速度

解析　图甲、乙、丙中的传感器分别与θ（角度）、h（高度）、F（力）有关，均能测量对应的物理量，而图丁中的传感器与s（位移）有关，所以图丁中的传感器只能测量位移，故符合题意的是D选项。

答案　D

16.拒绝打鼾手表原理是当传感器寻查到微小的鼾声时，手表就会产生震动，就像是有人在轻轻地推您，直到鼾声完全停止。

此处的传感器应为（　　）

A.声敏传感器B.光敏传感器

C.热敏传感器D.湿敏传感器

答案　A

17.如图所示，医务人员正在用红外测温仪检测旅客的体温。

红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。

其控制方框图如图所示。

红外温度传感器的主要作用是（　　）

A.检测人体红外信号并把它转换为电信号

B.将电信号放大

C.将模拟信号转变为单片机能处理的数字信号

D.按照仪器内部的算法和目标发射率进行校正

答案　A

18.如图为电子起跑器，为了保证比赛的公平性，需要用电子起跑器对各位运动员的起跑反应时间进行检测。

该起跑器踏板上安装了传感器，当运动员听到起跑信号启动的瞬间，传感器检测到人的启动信号，经控制器计算起跑反应时间，若小于0.1秒则判犯规。

该电子起跑器的传感器应采用（　　）

A.压力传感器B.温度传感器

C.速度传感器D.湿度传感器

答案　A

19.传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量（如温度、光、声等）转换成便于测量的量（通常是电学量）。

热敏电阻的阻值随温度变化的图线如图甲，由热敏电阻Rt作为传感器制作的自动报警器电路图如图乙。

（1）为了使温度过高时报警器铃响，c应按在________（填“a”或“b”）；

（2）若使报警的最低温度提高些，应将P点向________移动（填“左”或“右”）；

（3）如果在最低报警温度下无论如何调节P都不能使完好的报警器正常工作，且电路无故障，造成工作电路不正常工作的原因可能是_____________________。

解析　该电路的原理是：

当温度升高时热敏电阻的阻值减小，电路中的电流增大，继电器的磁性增强，当增加到磁力大于弹簧的弹力时衔铁与a接触，报警器电路接通，当磁力小于弹簧的弹力时衔铁与b接触，报警器断路。

（1）当温度过高时c应与a接触，构成闭合电路，报警器报警；

（2）若使报警的最低温度提高些，就应当使电路当中的电流减小，所以滑动变阻器的电阻应增大，所以滑动端P应向左移动；（3）乙图中，如果在最低报警温度下无论如何调节P都不能使完好的报警器正常工作，且电路无故障，造成工作电路不正常工作的原因可能是电源电压太低或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数过大或线圈与衔铁间距离过大。

答案　

（1）a　

（2）左　（3）乙图中电源电压太低或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数过大或线圈与衔铁间距离过大（只要能说出一个原因即可）