四、参考资料

（一）电热开水器水位控制系统

电热开水器水位控制系统是一个双水位控制系统。当用水量增加，电热开水器中开水的水位逐渐下降，但不会即时补水，以避免冷水和开水混合；当电热开水器水箱里的水位到达低水位传感器位置时，电磁阀打开，开始进冷水，同时进水指示灯亮灯示意“水未开”；当水位到达高水位传感器位置时，电磁阀关闭，停止进水，开始加热，同时加热指示灯亮灯；当水烧开了，保温指示灯亮灯，示意“可以饮用”。

（二）单片机[通用技术网]

一台计算机由这样几部分构成：CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等）。在个人计算机上这些部分由若干块芯片安装计算机主板上。而在单片机中，这些部分全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片机。

单片机具有计算机的基本功能，可以进行运算、数据存储、程序存储和输入输出。可以作为各种电器的控制器，如洗衣机、空调、照相机、电饭锅等家用电器的控制，汽车电器控制，智能电表，智能水表，以及各种工业控制等。我们常听到“微电脑洗衣机”“微电脑电饭锅”等，其中说的“微电脑”就是单片机。当然单片机的存储容量、计算速度、功能比计算机要差得多，但是对于常用的控制系统来说已经够用了。

（三）传感器

1．传感器种类

检测装置中的核心是传感器，传感器有很多种。

（1）测试各种物理量的传感器：光传感器、声音传感器、温度传感器、力传感器、位移传感器等。

（2）检测各种化学成分的传感器：氧传感器、二氧化碳传感器、煤气传感器、瓦斯传感器等。

（3）生物传感器：可以检测各种生物组织、微生物、细胞器、酶、抗体、抗原、核酸、DNA等。

人们憧憬的物联网，要让万物互联，这就需要各种各样的传感器，用于识别物体、感知物体的状态、监测环境等。

2．传感器的应用

最常用的传感器是测试各种物理量的传感器。温度传感器可以检测温度，并能把温度转换成相应的电信号。热电阻、热电偶就是温度传感器。热电偶是把两根成分不同的金属丝（如镍铬丝和康铜丝）的一端焊接在一起，将未焊接的另外两端与电位计连接。当焊接端温度变化时，电位计的示值会发生相应的变化，因而可以检测温度（图4.14）。

我们知道，金属的电阻率是随温度变化的。因此，也可以通过测量金属电阻率的变化来测量温度。绝大多数金属具有正的电阻温度系数，即温度越高电阻越大。利用这一规律可制成温度传感器，称为“热电阻”（图4.15）。

（1）温度传感器：通过试验测定在不同温度下的热电阻阻值，可以得到热电阻阻值-温度对照表（表4.4）。把热电阻放在要检测的环境中，测出热电阻在被测环境中的阻值，查找热电阻阻值-温度对照表，就能知道被测环境的温度了。

图4.14 热电偶测量温度示意图     图 4.15热电阻

表4.4 铂热电阻PT100分度

（略）

（2）位移传感器：可以测量物体移动的距离。位移传感器的原理有很多种，如电阻位移传感器就是利用金属的电阻与长度成正比的性质根据电阻大小测量位移的。

（3）电阻传感器：由电阻丝1、骨架2及电刷3（滑动触点）等组成（图4.16）。金属电阻丝截面积相等，电阻值沿长度均匀变化。当电刷触点在电阻丝上产生移动，该触点与电阻元件间的电阻值就会发生变化，且位移与电阻之间呈线性关系。

图4.16 电阻位移传感器

设该电位器全长为Xmax，总电阻为R max，则当电刷3由A向B移动X后，A到电刷间的电阻值为

r_x=x ·r_xma/x_max

换算得

X=R_x·X_max/R_max

这样测量出电阻值就可以通过计算得到电刷的位移量。

根据速度和加速度公式

v=x/t，a=v/t

将测得的位移量除以时间就得到速度和加速度，这样就可以制成速度传感器和加速度传感器。

力传感器根据弹簧的力和位移的关系：

F=X·f

在位移传感器上安装一个弹簧，当受到压力时压缩弹簧。通过电刷的位移可以计算出压缩弹簧所用的力，这样就制成了力传感器（图4.17）。

图4.17 力传感器

光传感器：能检测光的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、检测红外线的红外传感器等。

图4.18所示是遮光式检测器。它有一个光发射端和一个光接收端。如果它们之间没有物体遮挡，由发射端发出的光可以被接收端收到。如果有物体进入光发射器和光接收器之间，光线被遮挡，接收端的信号就会改变。

图4.18 遮光式检测器

地铁出入口的闸机就是利用遮光式检测器控制开门和关门的。当有人检票后进入闸机入口阻挡了光线，接收端接收不到光信号，闸机的控制装置发出指令让执行装置把闸机门打开；人通过后，光发射器发出的光线被接收器接收，闸机门关闭（图4.19）。

图4.19 地铁出入口闸机

基本控制系统是对单一被控量进行控制的，而控制的参照标准就是设定量。控制系统的作用就是使被控量接近或者到达设定量。通常被控量和设定量是同一种量，但有时也可以把被控量的换算值作为设定量。如第二次世界大战时德国用V1导弹轰炸伦敦，就是把导弹的飞行距离换算成飞行时间，在导弹上安装了定时器作为控制装置。当导弹的飞行时间到达设定时间时，导弹由平飞改为俯冲，对地面目标进行轰炸。

有些控制系统将难以控制的被控量经过换算改用其他容易控制的量替代，以简化控制系统。但同时也会降低控制精度，增加误差。

五、教学准备

水箱注水演示实验箱；红外移动传感器；声控灯。

——完——