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交流电第三讲:电感和电容对交流电的作用 传感器


第三讲:电感和电容对交流电 的作用 传 感 器
夏邑高中高三物理

电感、电容对交流电的作用

电感对交变电流的作用:
通直流 ,阻交流 低频扼流圈(L大) 通低频, 阻高频 高频扼流圈(L小) 感抗 (1)反映电感对交变电流阻碍作用的大小。

(2)影响感抗大小的因素
①内因自感系数越大②外因交流的频率f. (a)低频扼流圈: (b)高频扼流圈: “通直流、阻交流” 。 通过低频,阻高频。

具体关系:

X L ? 2?fL

电容对交变电流的作用:
通交流 ,隔直流 隔直电容器 通高频 ,阻低频 高频旁路电容器(C小)
容抗 (1)反映电容对交流的阻碍作用 (2)影响容抗大小的因素 电容越大,交流的频率越高,电容器对 1 XC ? 交流的阻碍作用就越小,容抗越小。 2πfC 应用 (1)隔直电容:隔直流,通交流。 (2)高频旁路电容:让高频交流信号 通过电容,而将低频信号送到下一级。 作用:通高频,阻低频。 3。能量的转化:电能和电场能往复转化

1、如图所示,从ab端输入的交流含有高频和低频成分, 为了使R上尽可能少地含有高频成分,采用图示电路, 阻挡高频成分 其L的作用是________________,C的作用是 __________。 使绝大部分高频成分从C流过

解析:因L有“通低频、阻高频”的特点, 因此L的作用是阻挡高频成分;而通过L后还有 少量的高频成分,利用C“通高频、阻低频”的 特点,使绝大部分高频成分从C流过。
高频扼流圈 高频旁路电容

2、如图所示,当交流电源的电压(有效值)U=220V、 频率f=50Hz时,三只灯A、B、C的亮度相同(L无直 流电阻)。 (1)将交流电源的频率变为f=100Hz,则 (AC (2)将电源改为U=220V的直流电源,则 ( BC A.A灯比原来亮 B.B灯比原来亮 C.C灯和原来一样亮 D.C灯比原来亮
直流电只受直流电阻的影响。 线圈除受直流电阻的影响还受感抗的

) )

U U 串联分压 I ? R ? X 或 R ? X L C

阻碍作用

3.在电子技术中,从某一装置输出的电流常常既有 交流成分,又有直流成分。如果只需要把交流成分 输送到下一级装置,只要在两级电路之间接入一个 电容器(称做隔直电容器)就可以了。电容器应并 联还是串联接入电路?右图所示的接法对吗?为什 么? 解:电容器应串联接入电路,图示接法是正确的。 由于电容器串联接入电路,,直流成分不能通过, 而交流成分可以通过电容器被输出到下一级装置。
前 级 输~ 出 后 级 输 入

~

4.在电子技术中,从某一装 置输出的交流常常既有高频成 分,又有低频成分。如果只需 要把低频成分输送到下一级装 置,只要在下一级电路的输入 端并联一个电容器就可以达到 目的(如右图)。具有这种用 途的电容器叫做高频旁路电容 器。请说明它的工作原理。

前 级 输 出

后 级 输 入

答:电容器对高频成分的容抗小,对低频成分的容 抗大,如图这样联接,高频成分就通过“旁路”的 电容器,而低频成分输送到下一级装置。 可见:在电子技术中,电容广泛应用。

传感器:采集信息,一般转化电学量 1、传感器的概念: 传感器是指这样一类元件:它能够感受诸如力、温度、光、 声、化学成分等非电学量,并能把它们按照一定的规律转换 为电压、电流等电学量,或转换为电路的通断。 2、传感器的工作原理:

非电学量

敏感元件

转换器件

转换电 路

电学量

3、敏感元件: (1)光敏电阻 (光电传感器)

(2)热敏电阻和热电阻 ( 温度传感器) (3)电容式传感器 (位移传感器)

(4)霍尔元件 (磁传感器) (5)干簧管(磁场传感器)

制作传感器的常用元器件
1、光敏电阻 光敏电阻实物图

特 点 作 用

光照情况

受光表面暴露 电阻小

受光表面遮住 电阻大

电阻阻值

光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换 为电阻这个电学量

动态分析

例1.如图所示,R1、R2为定值电阻,L是小灯泡, R3为光敏电阻,当照射光强度增大时,( ) ABC A.电压表的示数增大 B.R2中电流减小 C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电压增大
R3 R I

U1(=IR1)
U2(=E-Ir-U1) U(=E-Ir) IL=I-I2。

2、热敏电阻和金属热电阻

特点

金属的电阻率随温度的升高而增 大,电阻增大,用金属丝可以制 作温度传感器,称为热电阻,常 用的一种热电阻是用铂制作的。 与金属不同,温度上升时,有些 半导体的导电能力增强,电阻增 小,因此可以用半导体材料制作 热敏电阻。 与热敏电阻相比,金属热电阻的 化学稳定性好,测温范围大,但 灵敏度较差。

作用

热敏电阻或金属热 电阻能够把温度这 个热学量转换为电 阻这个电学量

例2. 有定值电阻、热敏电阻、光敏电 阻三只元件分别接入如图所示电路中A、 B两点后,用黑纸包住元件置入热水中, 观察欧姆表的示数,下列说法正确的 是( ACD )

A

B

A.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数变化较大,这只元 件一定是热敏电阻

B.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数不变化,这只元件 一定是定值电阻
C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比,欧姆表示数变化较大,这 只元件一定是光敏电阻 D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比,欧姆表示数相同,这只元 件一定是定值电阻

3.电容式传感器
压力F 图丙是测量 的电容式传感器,原理是 由于C∝1/d,压力F 作用在可动电极上,引起极板间距 。 d 的变化,通过测出C的变化,测量压力F的变化。 固定电极 极板 丙 丁 x

F

可动电极

电介质

图丁是测量 位移x

的电容式传感器,原理是


由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化,通过 测出C的变化,测量位移x的变化。

例3. 随着生活质量的提高,自动干手机已进入家 庭,洗手后,将湿手靠近自动干手机,机内的传 感器便驱动电热器加热,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 ( D ) A.
C.

改变了湿度
改变了磁场

B.
D.

改变了温度
改变了电容

例4.传感器是一种采集信号的重要器件,如图是一种测 定压力的电容式传感器,当待测压力F作用于可动膜片产 生变形,引起电容的变化,若将电容器、灵敏电流计和电 源串联接成闭合电路,那么( BC ) A.当F向上压膜片电极时,电容将减小 B.当F向上压膜片电极时,电容将增大 C.若电流计有示数,则压力F发生变化 D.若电流计有示数,则压力F不发生变化
C=ε s/4Kπ d, b变小。 Q=CU,U不变,C变大。
待测压力F 固定电极 膜片电极

电阻传感器的应用
[例5]热敏电阻是传感电路中常用的电子元件,现用伏安法研究 电阻在不同温度下的伏安特性曲线,要求特性曲线尽可能完 整.已知常温下待测热敏电阻的阻值约4 Ω~5 Ω.将热敏电阻 和温度计插入带塞的保温杯中,杯内有一定量的冷水,其他备 用的仪表和器具有:盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1 Ω)、直流电压表(内阻 约5 kΩ)、滑动变阻器(0~20 Ω)、开关、导线若干. (1)在图(a)中画出实验电路图. (2)根据电路图,在图(b)所示的实物图上连线. (3)简要写出完成接线后的主要实验步骤.

[解析]

常温下待测热敏电阻的阻值R1(约4 Ω~5 Ω)

较小,应该选用安培表外接法.热敏电阻的阻值随温度的 (3)完成接线后的主要实验步骤:①往保温杯里加一些热 升高而减小,热敏电阻两端的电压由零逐渐增大,滑动变 水,待温度计稳定时读出温度计值;②调节滑动变阻器,
阻器选用分压式. 快速测出几组电压表和电流表的值;③重复①和②,测量 (1)实验电路如图所示.(2)根据电路图,连接实物图如 不同温度下的数据;④绘出各测量温度下的热敏电阻的伏 下图所示. 安特性曲线.


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