一种演示光声热压传感的有效方法

福建南安侨光中学 林贵 选自《物理教学》2008年第7期

普通高中课程标准实验教科书《物理》(选修3-2)(以下简称教材)较传统教科书增加了传感器及其应用一章。教材通过较多的生活实例来说明传感器给现代生活带来极大的方便,给学生丰富的感性认识材料。然而,教材为学生动手去做的传感器实验却比较少,学生对传感器的认识停留在感性认识阶段,难以深入了解传感器的“特异功能”。针对此问题,笔者设计了一个既简易又较为有效的实验电路,该电路能直观的演示光、声、热传感,可以让教师在课堂上取得较好的教学效果的同时也可让学生获得亲身体会传感器的无穷魅力。

一.实验设计

1.实验目的

光、声、热传感器应用

2.实验器材

J1202学生电源;5V继电器一个;5k及100k电阻各一个;10k电位器(或可调电阻)一个;三极管9013一个;LM358集成芯片一片。

3.电路组成

电路图

 如图1所示,电路由R、R2、R3、R4构成的电桥(其中R1为光敏电阻,也可是热敏电阻、声敏电阻、压敏电阻等传感元件,R4为电位器(可调电阻)),LM358集成片(普通元件,市面上易买到,每片1.5元),三极管9013,5V继电器,灯泡,限流电阻组成。其中LM358集成片为集成运算放大器,其引脚及内部结构如图2所示,如图1接法是将LM358应用成电压比较器,当正输入端电势高于负输入端时,输出端输出高电平(数字信号1),反之正输入端电势小于或等于负输入端时输出端输出低电平(数字信号0),即当φ3>φ2时引脚l输出高电平,当φ3≤φ2时引脚1输出低。

LM358引脚及内部结构

4.电路原理

当光敏电阻不受光照或光照微弱时,电阻增大,B点的电势降低,当φA>φB时,集成片LM358引脚l输出高电平三极管9013导通,继电器吸合,灯泡发光。反之,当光敏电阻受光照时,电阻变小,B点的电势升高,当φA≤φB时,集成片LM358引脚l输出低电平三级管9013截止,继电器断开,灯泡熄灭。

5.调节方法

用纸板等工具控制光照强度使其达到预想效果,缓慢调节电位器R4使继电器刚好吸合灯泡发光,每当亮度比预设亮时。光敏电阻阻值变小,B点的电势升高,当φA≤φB时,集成片LM358引脚1输出低电平三极管9013截止,继电器断开,灯泡熄灭,实现自动关灯;每当亮度比预设暗时,光敏电阻阻值变小,B点的电势降低,当φA>φB时,集成片LM358引脚1输出高电平三极管9013导通,继电器吸合,灯泡发光,实现自动开灯了。

二.本实验的特点

1.成本低(整个电路元件不超过5元人民币),扩展性强,可将光敏电阻换成热敏电阻、声敏电阻、压敏电阻等传感元件实现各种场合的自动化控制。

2.适用范围广,通过调节电位器阻值可使电路在不同的环境下(如光强、温度等)实现自动化控制。笔者将该电路做成我们学校日光灯的自动控制系统效果比预想的要好(本方案应用于实际控制还需要考虑延时,以免引起误动作,由于涉及电路较为复杂笔者就不赘述了)。

3.灵敏度高、现象明显,可以较好地展示传感器的原理及应用整个过程,让学生在探究中主动得到知识和体验,也能较好的突破传感器一节的教学难点。

注:(1)灯泡电源可以与控制电路电源不同,可根据灯泡的额定电压来选取。

(2)当进行温度、压力、声音等其它传感时,可将灯泡换成蜂鸣器的其它输出元件,使实验更接近于实际控制。

(3)当进行温度、压力、声音等其它传感时,需根据热敏电阻(或压敏电阻、声敏电阻)阻值调整R2,使R2与其接近(这样电路调节范围更广)。

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发布时间:2009/4/7 9:03:05  阅读次数:9153

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