电阻式传感器的应用

山东 李瑞芳

电阻式传感器就是利用非电学量（如力、位移、加速度、角速度、温度、光照强度等）的变化，引起电路中电阻的变化，从而把不易测量的非电学量转化为电学量，便于测量，且可以输入计算机进行处理，做这种用途的电阻称为电阻式传感器。如利用金属的电阻率随温度变化而制作的电阻温度计，利用半导体特性制作的光敏电阻，热敏电阻等。

根据电阻定律，改变连入电路电阻丝的长度，可以改变电阻，进而引起电流或电压的变化，利用此原理制作的仪器如加速度计、角速度计、电子秤、风力计等。这些问题是电学与力学结合的命题点，也是高考命题热点，解决此类问题的方法是突出主要矛盾，忽略次要矛盾，把复杂问题抽象为简单的物理模型。

一、报警

例1 如图1所示为某一火警报警器的部分电路示意图，其中是用半导热敏材料制成的传感器，电流表A为值班室的显示屏，ab之间接报警器，当传感器所在处出现火情时，显示屏A的电流、报警器两端的电压的变化情况是（ ）

A. 变小，变大 B. 变小，变小

C. 变小，不变 D. 变大，变小

图1

解析：半导体热敏电阻，温度越高，电阻越小，干路电流就越大，由知将减小；由知R₁两端电压将增大，由知减小，由知将减小，所以B选项正确。

二、测位移

例2 演示位移传感器的工作原理如图2所示，物体M在导轨上平移时带动滑动变阻器的金属滑片P，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小，假设电压表是理想的，则下述正确的是（）

A. 物体移动时，电源内的电流会发生变化

B. 物体不移动时，电压表的示数不会发生变化

C. 物体不动时，电路中没有电流

D. 物体不动时，电压表没有示数

图2

解析：电压表为理想电压表，所以通过电源的电流不会变化，电压表所测量的电压是滑动变阻器滑片左侧部分的电压，随物体的移动，电压表所测电压也发生变化，物体不动时电压表示数不变化，故B选项正确。

三、测角速度

例3 如图3所示为一测量机器转动角速度的装置。A为一金属球，质量为m，电阻不计，水平光滑的均匀滑杆PN，由合金材料制成电阻不能忽略，P与A两点连入电路，电源电动势为E，内阻不计，限流电阻与杆PN的总电阻相等，连接小球的弹簧劲度系数为k由轻质绝缘材料制成，小球静止时处在PN中点，当系统绕轴转动时，电压表示数为U，求此时的角速度。

图3

解析：设滑杆总长L，弹簧伸长x，则连入电路的PA段的电阻电压，据闭合电路欧姆定律得，据胡克定律和牛顿第二定律得，

综合解得

四、测加速度

例4 如图4所示是一种悬球式加速度仪，它可以测定沿水平轨道运动的列车的加速度。m是一个金属球它用金属丝系在O点下方。AB是一根长为L的电阻丝，总电阻R，金属丝与电阻丝交点D接触良好，不计摩擦，C是AB中点，用电压表测量OC两点间电压（金属丝和导线电阻不计），OC与AB垂直，且OC=h，AB接在稳压电源U上，整个装置固定在列车上使AB沿列车运动方向，静止时金属丝竖直，加速或减速时金属丝偏离竖直方向，从电压表的读数变化可以测出加速度的大小。

（1）当列车向右加速时，推导加速度与电压表读数的关系式；

（2）此装置能测量的最大加速度是多大？

（3）为什么C点选在AB中点？对电压表有什么特殊要求？

图4

解析：（1）设加速度a时小球偏离竖直方向θ角，CD间距x，有，

由牛顿第二定律得，由电阻定律知CD间电阻，所以电压表示数，故。

（2）测最大加速度时电压表示数为，所以最大加速度。

（3）C点在AB中点的好处是既可以测向右的加速度，也可以测向左的加速度，要求电压表零刻度在中间且量程不小于。