傳感器裝置的靈敏度和閾值

■潘蘭軍

隨著傳感器在現(xiàn)代技術(shù)各個領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用,傳感器的相關(guān)知識已成為中學(xué)物理學(xué)習(xí)內(nèi)容的一部分,各類考試中也常出現(xiàn)與傳感器相關(guān)的試題。因此與傳感器或自動控制裝置有關(guān)的概念,如靈敏度和閾值,應(yīng)該引起同學(xué)們的重視。

一、傳感器的靈敏度

最近我們在一次練習(xí)中,對于其中一道題的解析,引起了同學(xué)們的廣泛討論,下面介紹這道題的兩種解法。

例題為了保證行車安全和乘客身體健康,動車上裝有煙霧報警裝置,其原理如圖1所示。煙霧傳感器的阻值RM隨著煙霧濃度的改變而變化,電阻R為可變電阻。車廂內(nèi)有人抽煙時,煙霧濃度增大,導(dǎo)致S兩端的電壓增大,裝置發(fā)出警報。下列說法正確的是( )。

A.RM隨煙霧濃度的增大而增大

B.RM隨煙霧濃度的增大而減小

C.若要提高報警靈敏度可增大R

D.若要提高報警靈敏度可減小R

解法1：煙霧濃度增大導(dǎo)致S兩端的電壓增大,說明傳感器的阻值減小。要提高報警靈敏度即要使S兩端電壓達到相同臨界值時,煙霧濃度更小,傳感器的阻值比調(diào)整前更大,此時并聯(lián)部分的阻值和調(diào)整前相同,故可變電阻應(yīng)當(dāng)減小,選項B、D正確。(這是出題者給出的解析過程)

圖1

兩種解法得到了不同的答案,粗看都有道理,那么,問題出在哪里呢?經(jīng)過分析我們發(fā)現(xiàn),問題出在對“靈敏度”的理解上。

解法1來自于對靈敏度的另一種不夠正確的理解,即靈敏度是對微弱信號的感應(yīng)能力。解釋為:當(dāng)煙霧濃度更小時,裝置要能夠發(fā)出警報。因報警時RM的值更大,故要減小R,使并聯(lián)部分的阻值和調(diào)整前相同,裝置才能達到報警時的臨界電壓。

解法2正是根據(jù)靈敏度的定義得出的結(jié)論。假定R減小到很小,根據(jù)RM與R并聯(lián)電阻的總阻值取決于其中阻值較小的電阻可知,若R的阻值越小,則R并越接近R,煙霧濃度增大導(dǎo)致RM變小,但R并接近R,其值幾乎不變,則S分擔(dān)的電壓變化也就很小,報警靈敏度就將降低。

二、傳感器裝置的閾值

解法1中對靈敏度的說法更準確地說應(yīng)該稱為閾值,又稱閾強度。閾強度是指釋放一個行為反應(yīng)所需要的最小刺激強度。因此若將例題中的選項D改為:要使裝置在煙霧濃度更小時開始報警可減小R,則解法1便準確了。另外,人教版高中物理選修3-2第六章第3節(jié),實驗:傳感器的應(yīng)用,實驗1光控開關(guān)中講到,要想在天更暗時路燈才會點亮,應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些?實驗2溫度報警器中講到,怎樣能夠使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警?這里調(diào)節(jié)的應(yīng)該是控制裝置的閾值,而不是靈敏度。