热敏电阻范文
时间：2023-04-01 14:03:22
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篇1
关键词：PTC热敏电阻；特性；改进应用
中图分类号：TN373 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 24-0000-02
一、前言
PTC热敏电阻具有正温度系数热敏电阻，并且是具有温度敏感的半导体电阻，随着温度的升高电阻率增大。PTC是指人们通常叫非线性PTC效应的材料，即，在一定的温度范围内的变化，材料的电阻率不变或只有很小的，当温度达到一个特定的过渡料点的温度（居里温度），材料的电阻率发生在几个或几十度突变的温度范围很窄，电阻率迅速增加103-109个数量级。
陶瓷材料通常用作高性能优良的绝缘体，陶瓷PTC热敏电阻却以钛酸钡为基，掺杂其他制造多晶陶瓷材料，具有低电阻导电性能和半。一个价更高的掺杂材料的目的为基体元素晶体实现：在钛酸钡晶格的一部分或离子通过离子更昂贵的替代，它得到了自由电子导电数。PTC热敏电阻的影响，也逐步增加阻力的原因，是材料的结构是由许多小晶粒，晶粒的界面，所谓的晶粒边界（晶界）上形成的障碍，阻碍了电子进入相邻的区域，和因此产生的高电阻。这种效果是在低的温度偏移：在晶界的高介电常数和自发的在较低的温度下极化阻碍势垒的形成和电子可以自由地流动。但这种效果在较高的温度下，介电常数和极化强度大大降低，造成的障碍和阻力大大增加，表现出较强的PTC效应。
二、PTC材料的三大特性
PTC具有的3个主要特性，即电压-电流特性、电流-时间以及电阻-温度特性。
（一）电压―电流特性（V-I特性）
电压―电流特性即伏安特性，是指在25摄氏度静止空气中，加在热敏电阻器引出端的电压与达到热平衡的稳态条件下的电流之间的关系。它展示了PTC热敏电阻在加电气负载达到热平衡的情况下，电压与电流的相互依赖关系V-T特性见图1。
PTC热敏电阻伏安特性大致可分为三个区域：本在0-Vk之间的区域称为线性区，此区域的电压和电流的关系基本符合电路欧姆定律，不产生明显的非线性变化，也称不动作区。在Vk-Vmax之间的区域称为跃变区，此时由于PTC热敏电阻的自热升温，电阻值产生跃变，电流随着电压的上升而下降，所以此区也称动作区。在VD以上的区域称为击穿区，此时电流随着电压的上升而上升，PTC热敏电阻的阻值呈指数型下降，于是电压越高，电流越大，PTC热敏电阻的温度越高，阻值越低，很快导致PTC热敏电阻的热击穿。
（二）电流-时间特性（I-T特性）
见图2，电流-时间特性是指热敏电阻器在增加电压过程中，电流变动的特性。开始加电压瞬间的电流称为起始电流，平衡时的电流称为残余电流。一定的环境温度下，给PTC热敏电阻加一个起始电流，通过PTC热敏电阻的电流降低到起始电流50%时经历的时间即动作时间。电流-时间特性是自动消磁PTC热敏电阻、延时启动PTC热敏电阻、过载保护PTC热敏电阻的重要参考特性。
（三）电阻―温度特性（R―T特性）
电阻-温度特性通常是一个电阻温度特性，是指在规定的电压下，PTC热敏电阻零功率电阻与电阻体温度相互的依赖关系。零功率电阻是指在一定温度下的热敏电阻值的测量，并在PTC热敏电阻上功率消耗很低，低到PTC热敏电阻的功耗引起的电阻变化是可以忽略不计的，零功率额定零功率电阻是指25℃率测量的电阻值的环境温度。R-T特性见图3。
三、应用
PTC发热元件在国内及世界各国广泛而大量用于工程测量与控制、电子娱乐设备、家用电器、汽车电子、通讯等领域，以及民用领域如洗衣机电子门锁、熔胶枪、卷发器等。
（一）医疗美容呼吸器型PTC加热器
1.简介。医疗美容呼吸器型PTC加热器，主要应用PTC体积小，安全，无明火，自动控温的特点，将PTC热敏电阻发热片应用到医疗器具中来，渐渐成为了人们研究开发的新方向。
传统产品PTC加热器需通过温控装置控制电热丝的温度加热液体，温控装置一旦失灵，易烧坏容器，易烫伤人体，而且对液体的蒸发量不能匀速控制。采用PTC加热，节能安全，恒定的温度又能匀速控制液体蒸发。片状集成液体型PTC加热器是由一片或多片集成的PTC陶瓷发热元件，采用聚酰胺薄膜绝缘外加片状保护壳组合而成，使之直接接触被加热液体利用热对流进行加热的PTC加热器。PTC加热组件外壳利用抛光氧化的铝型材紧压，分高、低两档加热控制（起到节能效果），铝型材密封固定在塑料锅上，液体加入塑料锅内与铝型材平整面接触，通电后PTC先用高档发热加热铝型材，通过热传递快速加热液体使之以蒸汽的方式蒸发，再转换低档加热控制液体匀速蒸发。把美容或治疗所需的药物溶入水中倒入该容器，通过其他连接通道，可以把蒸发上来的蒸汽通到脸部用于面部美容，也可以把蒸发上来的蒸汽通到鼻孔口，通过呼吸进入人体内，可以用于医学治疗，开辟了新的使用领域。
2.工作原理。图4所示是一应用PTC热敏电阻实现恒温加热的呼吸器型PTC加热电路，如果温度指数高于40℃的时候，热敏电阻PTC阻值增大晶体管T1基极电位将会升高，T1导通，T2也导通，晶闸管VS的触发极被T2短路，晶闸管VS阻断，保温加热器R7不工作。如果出现温度低于30℃的时候，PTC阻值会变小，T1、T2截止，R5、C2及R6组成移相电路，使晶闸管VS导通，保温加热器R7通电发热。这样，在热敏电阻控制中，温度将会维持在30℃-40℃左右。R5、D、WD及C1组成的电路具有降压、半波整流、稳压及滤波功能，可为T1、T2提供直流电压。R1、R2及PTC是T1的偏置电路。若调节R2，改变T1的基极电位，可实现改变保温温度。
多功能离子蒸汽吸入器，无需温控装置，匀速自动控制液体蒸发量。由于PTC发热器件是劳动密集型产品，随着人工成本的上升和企业规模的不断扩大及质量稳定性的要求不断提高，实施后为医疗美容行业提高生产效率，实现安全操作，充分满足市场对PTC发热器件的需求。
（二）空调型PTC加热元件
1.简介。利用恒温加热PTC热敏电阻恒温特性设计的加热元件，在小功率加热场合中，PTC加热元件具有恒温发热、自然寿命长的优势，热转换率高、受电源电压影响极小，传统发热元件无法胜任。因此，在传统的PTC发热元件技术基础上进行攻关，调整配方体系和受主杂质的比例，结合工艺内部的细节调整，解决相关PTC发热片的耐压问题和功率衰减等技术难题，研制开发了空调型PTC加热元件，可大大提高产品的安全性能和延长产品使用寿命。
2.改进。老产品元件通电600V保压1分钟勉强能通过，时有出现击穿现象；新产品元件通电650V保压三分钟能通过。老产品组装成组件500V连续通电5分钟能勉强通过，新产品组装成组件500V连续通电15分钟能通过；大大提高了安全性能。老产品组装成组件253V连续无风通电1000小时功率衰减在9%-14%之间，超出要求；新产品组装成组件253V连续无风通电1000小时功率衰减小于7%，大大延长了产品的使用寿命。空调型PTC加热元件已被格力、美的、海尔等知名空调企业认可，有很大的市场，由于性价比高，已大批供货，项目具有很好的经济和社会效益。
四、结束语
PTC作为一个新兴的材料和成分正在受到人们的重视，特别是开发和利用聚合物基PTC材料，将在未来的每一个领域都有着广泛代替传统的加热的方法和电路保护方式，以便在相关领域的革命性变化。随着科学研究的发展和生产技术提高，PTC特性将继续发展和成熟，其应用前景将更加广阔。
参考文献：
[1]吕国泰，吴项.电子技术[M].北京：高等教育出版社，2001（05）.
[2]宋宝荣，唱润忠."PTC"在家用电器中的应用[J].电工技术，1994（01）：45-46.
[3]席军，刘廷华.PTC热敏电阻的开发应用现状[J].塑料，2005（04）.
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关键词：中性点非有效接地系统；电磁式电压互感器；铁磁谐振；热敏电阻；一次限流消谐器
1引言
在中性点非有效接地系统中，电磁式电压互感器（以下简称PT）铁磁谐振过电压是出现最频繁、造成事故最多的一种内部过电压。PT铁磁谐振过电压，往往会导致PT熔断器熔断，甚至导致PT烧损，PT柜、避雷器、电缆头爆炸，母线全停，对电网的安全运行构成了极大的威胁，并严重影响了供电的可靠性。虽然目前电网已采取了各种消谐措施，但依然未能遏制PT铁磁谐振过电压事故的上升势头。此外，某些情况下PT饱和时的励磁电流增长，不会造成PT一次熔断器立即熔断。经过一段时间的电流作用后，热量的累积最终会导致熔断器的熔断，但电弧往往不能熄灭。持续的燃弧会造成熔管炸裂，从而引发PT柜内母线短路事故。
2 PT铁磁谐振的机理及传统消谐技术分析
2.1 PT铁磁谐振的发生机理概述
在中性点非有效接地系统中，为了测量三相对地电压和监视对地绝缘，PT的中性点直接接地。如图1所示，网络参数除了电力设备和导线对地等效电容C0外，还有PT的励磁电感L。
图1中性点非有效接地系统的等效网络
正常运行时，PT的励磁阻抗很大，并与网络的对地等效电容并联。由于网络中的感抗大于容抗，所以网络对地阻抗仍呈容性。但当系统中出现某些扰动，使PT三相电感饱和程度不同时，PT的励磁电感将与网络的对地电容构成特殊的谐振回路，产生谐振过电压。根据网络参数的不同，PT谐振的类型包括：工频谐振、高频谐振和分频谐振三种类型，其中分频谐振会造成PT的严重饱和，因此危害性最大。
2.2 PT铁磁谐振的传统消谐技术
对于中性点非有效接地系统中的PT铁磁谐振，目前消谐的方法较多，归纳起来，主要可分为改变参数、增加阻尼两大类，但均存在缺点和不足。
2.2.1 改变参数
（1）改善PT的伏安特性，使之不容易发生磁饱和。在这种情况下，必须要有更大的激发才会引起谐振。为此，应当减小铁芯磁密，即增大铁芯的截面积。为了消除谐振，铁芯的截面积应当增大到4倍以上，这是不现实的。因此改善励磁特性只能降低谐振的概率。但是特性改善后，一旦产生谐振，过电压将会变得更高。
（2）对于减少同一网络中并联PT台数，因中性点非有效接地系统属于配电网络，直接对用户供电，所以实际难以做到。
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关键词:热敏电阻,掺金γ-硅热敏电阻,Z-元件,力敏Z-元件,V/F转换器
一、前言
Z-半导体敏感元件﹙简称Z-元件﹚性能奇特,应用电路简单而且规范,使用组态灵活,应用开发潜力大。它包括Z-元件在内仅用两个﹙或3个﹚元器件,就可构成电路最简单的三端传感器,实现多种用途。特别是其中的三端数字传感器,已引起许多用户的关注。
Z-元件现有温、光、磁,以及正在开发中的力敏四个品种,都能以不同的电路组态,分别输出开关、模拟或脉冲频率信号,相应构成不同品种的三端传感器。其中,仅以温敏Z-元件为例,就可以组合出12种电路结构,输出12种波形,实现6种基本应用[3]。再考虑到其它光、磁或力敏Z-元件几个品种,其可供开发的扩展空间将十分可观。为了拓宽Z-元件的应用领域,很有从深度上和广度上进一步研究的价值。
本文在前述温、光、磁敏Z-元件的基础上,结合生产工艺和应用开发实践,在半导体工作机理上和电路应用组态上进行了深入的扩展研究,形成了一些新型的敏感元件。作为其中的部分实例,本文重点介绍了掺金g-硅新型热敏电阻、力敏Z-元件以及新型V/F转换器,供用户分析研究与应用开发参考。这些新型敏感元件都具有体积小、生产工艺简单、成本低、使用方便等特点。
二、掺金g-硅新型热敏电阻
1.概述
用g-硅单晶制造半导体器件是不多见的,特别是用原本制造Z-元件这样的高阻g-硅单晶来制造Z-元件以外的半导体器件,目前尚未见到报导。Z-元件的特殊性能,主要是由掺金高阻g-硅区﹙也就是n-i区﹚的特性所决定的,对掺金高阻g-硅的性能进行深入地研究希望引起半导体器件工作者的高度重视。
本部分从对掺金g-硅的特性深入研究入手,开发出一种新型的热敏元件,即掺金g-硅热敏电阻。介绍了该新型热敏电阻的工作原理、技术特性和应用特点。
2.掺金g-硅热敏电阻的工作机理
“掺金g-硅热敏电阻”简称掺金硅热敏电阻,它是在深入研究Z-元件微观工作机理的基础上,按新的结构和新的生产工艺设计制造的,在温度检测与控制领域提供了一种新型的温敏元件。
为了熟悉并正确使用这种新型温敏元件,必须首先了解它的工作机理。Z-元件是其N区被重掺杂补偿的改性PN结,即在高阻硅材料上形成的PN结,又经过重金属补偿,因而它具有特殊的半导体结构和特殊的伏安特性。图1为Z-元件的正向伏安特性曲线,图2为Z-元件的半导体结构示意图。
由图1可知,Z-元件具有一条“L”型伏安特性[1],该特性可分成三个工作区:M1高阻区,M2负阻区,M3低阻区。其中,高阻的M1区对温度具有较高的灵敏度,自然成为研制掺金g-硅热敏电阻的主要着眼点。
从图2可知,Z-元件的结构依次是:金属电极层—P+欧姆接触区—P型扩散区—P-N结结面—低掺杂高补偿N区,即n-.i区—n+欧姆接触区—金层电极层。可见Z-元件是一种改性PN结,它具有由p+-p-n-.i-n+构成的四层结构,其中核心部位是N型高阻硅区n-.i,特称为掺金g-硅区。掺金g-硅区的建立为掺金g-硅热敏电阻奠定了物理基础。
Z-元件在正偏下的导电机理是基于一种“管道击穿”和“管道雪崩击穿”的模型[2]。Z-元件是一种PN结,对图2所示的Z-元件结构可按P-N结经典理论加以分析,因而在p-n-.i两区中也应存在一个自建电场区。该电场区因在P区很薄,自建电场区主要体现在n-.i区,且几乎占据了全部n-.i型区,这样宽的电场区其场强是很弱的,使得Z-元件呈现了高阻特性。如果给Z-元件施加正向偏压,这时因正向偏压的电场方向同Z-元件内部自建电场方向是相反的,很小的正向偏压便抵消了自建电场。这时按经典的PN结理论分析,本应进入正向导通状态,但由于Z-元件又是一种改性的PN结,其n-.i型区是经重金属掺杂的高补偿区,由于载流子被重金属陷阱所束缚,其电阻值在兆欧量级,其正向电流很小,表现在“L”曲线是线性电阻区即“M1”区。这时,如果存在温度场,由于热激发的作用使重金属陷阱中释放的载流子不断增加,并参与导电,必然具有较高的温度灵敏度。在M1区尚末形成导电管道,如果施加的正向偏压过大,将产生“管道击穿”,甚至“管道雪崩击穿”,将破坏了掺金g-硅新型热敏电阻的热阻特性,这是该热敏电阻的特殊问题。
在这一理论模型的指导下,不难想到,如果将Z-元件的n-.i区单独制造出来,肯定是一个高灵敏度的热敏电阻(由于半导体伴生着光效应,当然也是一个光敏感电阻),由此可构造出掺金g-硅新型热敏电阻的基本结构,如图3所示。由于掺金g-硅新型热敏电阻不存在PN结,其中n-.i层就是掺金g-硅,它并不是Z-元件的n-.i区。测试结果表明,该结构的电特性就是一个热敏电阻。该热敏电阻具有NTC特性,它与现行NTC热敏电阻相比,具有较高的温度灵敏度。
3.掺金g-硅热敏电阻的生产工艺
掺金g-硅热敏电阻的生产工艺流程如图4工艺框图所示。可以看出,该生产工艺过程与Z-元件生产工艺的最大区别,就是不做P区扩散,所以它不是改性PN结,又与现行NTC热敏电阻的生产工艺完全不同,这种掺金g-硅新型热敏电阻使用的特殊材料和特殊工艺决定了它的性能与现行NTC热敏感电阻相比具有很大区别,其性能各有优缺点。
4.掺金g-硅热敏电阻与NTC热敏电阻的性能对比
从上述结构模型和工艺过程分析可知,掺金g-硅层是由金扩入而形成的高补偿的N型半导体,不存在PN结的结区。它的导电机理就是在外电场作用下未被重金属补偿的剩余的施主电子参与导电以及在外部热作用下使金陷阱中的电子又被激活而参与导电,而呈现的电阻特性。由于原材料是高阻g-硅,原本施主浓度就很低,又被陷阱捕获一些,剩余电子也就很少很少。参与导电的电子主要是陷阱中被热激活的电子占绝对份额。也就是说,掺金g-硅热敏电阻在一定的温度下的电阻值,是决定于工艺流程中金扩的浓度。研制实践中也证明了这一理论分析。不同的金扩浓度可以得到几千欧姆到几兆欧姆的电阻值。金扩散成为产品质量与性能控制的关健工序。
我们认为,由于掺金g-硅热敏电阻的导电机理与现行的NTC热敏电阻的导电机理完全不同,所以特性差别很大,也存在各自不同的优缺点。掺金g-硅热敏电阻的优点是:生产工艺简单,成本低,易于大批量生产,阻值范围宽(从几千欧姆到几兆欧姆),灵敏度高,特别是低于室温的低温区段比NTC热敏电阻要高近一个量级。其缺点是:一批产品中电阻值的一致性较差、线性度不如NTC,使用电压有阈值限制,超过阈值时会出现负阻。
掺金g-硅新型热敏电阻与NTC热敏电阻的电阻温度灵敏度特性对比如图5所示。
篇4
【关键词】热敏电阻;集成运放;电压比较器;报警电路
引言
作为一种模拟集成电路，集成运算放大器结构简单、用途宽广，具有高灵敏度和功能灵活等多种优势。负温度系数（NTC）型热敏电阻的阻值随温度升高而减小，二者组合可组成温度报警电路。温度的检测与控制电路在实际应用中比较广泛，一般用晶体管制作而成的电路，测量误差大，且电路比较复杂。用热敏电阻和集成运放组成的温度报警电路可实现温度的检测及报警功能，可以克服此类问题。
此电路实验在教学中已经应用，由于电路简单，所用的元件较少，操作容易，实验效果直观、显著，学生很感兴趣，加深了学生对集成运放的理解，提高了实验动手能力。
1.NTC热敏电阻的介绍
NTC（Negative Temperature Coefficient） 的中文意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件。而NTC热敏电阻器就是指负温度系数热敏电阻器，它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺加工制造而成的。此类金属氧化物材料都具有半导体的性质，因为它们的导电方式完全类似锗、硅等半导体材料。在温度低时，此类氧化物材料的载流子（电子或空穴）数目较少，导致其电阻值较高;当温度升高时，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围一般在100～1000 000，温度系数在-2%～-6.5%[1]。可将NTC热敏电阻器广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。NTC热敏电阻RT的温度特性如图1所示。虽然它的电阻与温度变化曲线的线性度并不太好，但由于它是单值函数（即温度一定时，其阻值也是一定的单值。）如果设定100℃时电路自动报警，则这100℃即为阈值温度TTH，在特性曲线上可找到100℃对应的RT的电阻值。
图1 热敏电阻RT的温度特性曲线
2.集成运放组成的单限电压比较器
在自动化系统中，信号幅度的比较、信号幅度的选择、信号的采样和保持、信号的滤波等都是在信号处理方面经常遇到的问题。本设计需要应用由集成运放组成的比较信号幅度电路――电压比较器，集成运算放大器是电压比较器的核心器件[3]。电压比较器是集成运放在非线性工作状态下的一种具体应用。而电压比较器，是一种用来比较输入信号电压大小的电子电路。它可以将连续变化的模拟信号转换成仅有两个高、低状态的矩形波。集成运放工作在非线性区时，若，则运放输出正向电压;若，则运放输出负向电压。这是电压比较器的理论基础。图2为最基本的电压比较器和其电压传输特性图。两个输入端中的一个端子为参考端，参考电压为UR，另一个端子（比如同相端）作为信号输入端，比较信号电压与参考电压，当信号电压小于参考电压时，输出则为高电平，反之输出则为低电平。由此可得到电压传输特性曲线[4]。电压比较器通常用于越限报警、模数转换和波形变换等场合。
图2 基本电压比较器及电压传输特性曲线
3.电路原理图及其工作原理
3.1 电路原理图
电路原理图如图3所示。
图3 基于集成运放的温度报警电路图
3.2 电路工作原理
负温度系数热敏电阻RT用来检测功率器件温度（可将其粘在散热片上）或待测环境温度（如置于恒温箱），UCC为直流稳压电源，RT和R1串联，A点电位VA为电阻R1两端所分得的电压。电阻R1阻值近似不变。R2和组成分压器，调节RP可改变VB（电位器中心头的电压值）的电压。
VB值为比较器设定的阈值电压，称为VTH。若希望100℃时电路自动报警，则VTH的值应等于100℃时的VA值。当，比较器输出低电平，二极管导通，三极管截止，电路不报警，为正常状态。当，比较器输出高电平，二极管截止，三极管导通，指示灯亮，同时扬声器发出尖锐的报警声。
3.3 电路的保护措施
3.3.1 输入保护
一般情况下，集成运放工作在开环（即未引反馈）状态时，易因差模电压过大而损坏;在闭环状态时，易因共模电压超出极限而损坏。本文设计的电路原理图中所加的二极管限幅电路就是为了限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级，以免损坏运放。此外，该电路只要改变VTH值，就可以很方便地改变阈值温度，适合不同的工作要求。
3.3.2 输出保护
电路原理图中，在集成运放输出端，由限流电阻R和稳压管DZ组成输出端保护电路。限流电阻R和稳压管DZ构成限幅电路，它一方面将负载与集成运放输出端隔离开来，限制了运放的输出电流，另一方面也限制了输出电压的幅值。当然，任何保护措施都是有限度的，若将输出端直接接电源，则稳压管会损坏，使电路的输出电阻大大提高，影响了电路的性能。
4.结束语
热敏电阻的电阻率随温度变化而变化，本文以负温度系数（NTC）型热敏电阻来进行温度测量，将温度信号转化为电压信号，输送到由集成运放工作于非线性区构成的电压比较器中，与阈值电压进行比较。若高于阈值电压，则电压比较器输出为高电平，此时三极管导通，报警电路工作。该电路是热敏电阻和集成运放结合的具体应用实例，有助于加深学生对相关知识的理解和应用。
参考文献
[1]钱小君.温度报警器的设计与制作[J].物理通报，2010， 6：89.
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[4]乜国荃.集成运放和电压比较器[J].青海师范大学学报（自然科学版），2006，2：48.
篇5
E1为故障代码：过零保护。是线盘上面的传感器坏了，检测不到信号，更换新的传感器可以排除故障。
故障代码：E2炉面热敏电阻短路；E3炉面热敏电阻开路；E4IGBT管热敏电阻开路；E5IGBT管热敏电阻短路；E6IGBT管高温 ；E7低压保护；E8高压保护。
（来源：文章屋网 ）
篇6
关键词：DirectX；声卡；时基集成电路；热敏电阻
中图分类号：TP311 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1600602
Realization of Room Temperature Long Distance Monitoring System Based on Directx
WEI Ran,LI Xinlei
(Library,Henan Normal University,Xinxiang,453007,China)
Abstract：Room temperature is the most important issue in server′s normal work.Using virtual instrument thinking,thermistor and 555 time base oscillator circuit consisting of IC output as a MIC input audio signal through DirectX programming on the audio signal sampling,the realization of the realtime temperature sampling.Hardware implementation of this method simple,and making full use of the computer sound card analogdigital conversion capability and can be more precise achieve room temperature sampling,and then into the database,the final via the web programming or SMS,or other forms can be achieved room temperature remote monitoring.
Keywords：DirectX；sound card；timer IC；thermistor
声卡是多媒体计算机系统中最基本、最常用的硬件之一,其技术发展已经十分成熟,它具有A/D，D/A 转换功能,被广泛应用于声音信号的采集和虚拟仪器系统开发设计。555时基集成电路因其结构简单、使用灵活、定时精确、可靠性高且价格低廉而被广泛应用。Visual Basic2005是一种跨平台的面向对象编程语言,有运行速度快、多线程、安全可靠性高等优点。DirectX 为软件开发者提供硬件无关性,为硬件开发提供策略。微软的DirectX 软件开发工具包( SDK) 提供一套优秀的应用程序编程接口(APIs) ,这个编程接口可以提供开发高质量、实时的应用程序所需要的各种资源。
1 基于声卡采样温度信号的硬件设计
声卡是计算机中对声音进行A/D或D/A转换的器件，该器件的输入有MIC和LINEIN两种，输入电压通常在5 V以下。因为是对声音信号进行处理，所以它的输入部分是一个带通滤波器，通带频率通常是200 Hz~35 kHz。热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件。热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化。若电子和空穴的浓度分别为n，p，迁移率分别为μn，μp，则半导体的电导为：σ=q（nμn+pμp）。因为n，p，μn，μp都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻温度特性曲线。这就是半导体热敏电阻的工作原理。热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR）。热敏电阻的主要特点是：灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上；工作温度范围宽，常温器件适用于-55～315 ℃，高温器件适用温度高于315 ℃（目前最高可达到2 000 ℃），低温器件适用于-273～55 ℃；体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；使用方便，电阻值可在0.1～100 kΩ间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；稳定性好、过载能力强。
555无稳态多谐震荡电路采用5 V作为Vcc时，其输出为3.3 V左右，在声卡输入电压范围内，且输出为很整齐的方波，十分方便通过采样计算频率或周期。如果将555震荡电路（见图1）中的R2替换为合适的热敏电阻，那么其震荡频率将随着温度的变化而变化。选用合适的电阻（R1）和电容（C1），即可将555震荡电路的震荡频率控制在声卡能够处理的范围之内。由计算机的USB口提供5 V的电源，将555震荡电路的输出Vo作为声卡的输入，完成了温度采集的电路设计。
2 基于声卡采样温度信号的软件设计
2.1 DirectX概述
DirectX是微软公司针对Windows操作系统的非实时性而推出的一个开发库，目的是让图形图像、动画、多媒体和游戏程序开发人员能够轻松确定计算机的硬件性能，然后设置与之匹配的程序参数，使得多媒体软件程序能够在基于 Windows 的具有 DirectX 兼容硬件与驱动程序的计算机上运行，同时可确保多媒体程序能够充分利用高性能硬件。
DirectSound是DirectX的声音组件，是由基于组件对象模型（COM）的对象和接口组成的。DirectSound通过硬件抽象层(HAL)访问声音硬件，而不是直接操作硬件。HAL 是一个软件层，DirectSound是由HAL扩展的Windows设备驱动程序。实际上，可以将DirectSound看作对音频缓存的管理，它会尽量使用硬件的最高性能，如果当前硬件不具备某类特性时，DirectSound会使用软件进行仿真。
2.2 利用DirectSound从声卡采集555振荡电路的输出信号 DirectSound支持声音的捕捉。一般情况下可以遵循以下原则：生成DirectSound对象；设置Directsound对象的优先级别；枚举声音捕捉设备；生成DirectorSoundCapture对象；生成基于初级缓冲的CaptureBuffer；生成一个次级缓存用来输出；进行数据捕获和播放、存储。根据上述步骤用Visual Basic 2005通过编程实现对555振荡电路所产生的方波的捕获（对DirectSound编程的代码可参考DirectX SDK里CaptureSound的例程）。这里详细介绍对于555时基电路产生的方波的采样及其频率的计算方法。
当DirectSound使用48 000 Hz的采样频率对555时基电路所产生的方波（不大于10 000 Hz）进行采样时，根据采样定理（当采样频率fs大于信号中最高频率fmax的2倍时，即：fs.max>=2fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，采样定理又称奈奎斯特定理）可知，555时基电路产生的方波被采样后将可以被无失真的恢复出来。采样过程如图2所示，其中T代表方波周期，t代表采样周期，n代表采样次数，如果对方波进行采样1次，则T = nt，但这样误差较大。为了精确起见，可以对方波采样多个周期再取平均周期作为方波的周期，从而有：T = n t / m。
2.3 建立温度对照表，获取环境温度
根据555振荡电路周期公式：T = (R1+2R2)・Cln 2可知：R2 = (T/(Cln 2)R)/2。利用Visual Basic2005编程计算出R2，并将R2与将热敏电阻（这里用的热敏电阻为S103D）的温度/阻值对照表对照，即可获得当前机房温度，将该温度变量写入数据库或文本文件。当该温度超过某一阀值（可以自己根据情况设定）即可通过串口发送短信的方式将机房温度及时发送给机房管理人员，从而实现了机房温度的远程监控。
3 结 语
机房设备是否能够安全运行，是一个很严重问题，机房如果断电，空调设备停止运行，由于UPS的支持服务器和阵列继续工作，短短的1个小时，就可以使机房温度上升到40 ℃，服务器等设备在这种高温下运行是非常危险的。在此使用简单的555电路结合Visual Basic2005编程就能实现机房温度的远程监控，为管理人员能够及时发现机房环境的变化、消除隐患、
节约资金、防止不必要的损失提供了可行的解决方案。
参 考 文 献
［1］Bill Evjen,Billy 高级编程\.3版.北京：清华大学出版社，2005.
［2］傅宇旭.DirectorX 7.0高级编程\.北京：科学出版社，
2000.
［3］阎石.数字电子技术基础\.4版.北京：高等教育出版社，2001.
篇7
传统浪涌电流限制器
为限制浪涌电流强度，通常所采取的最简单措施就是在低功率系统中的桥式整流器输入端串联独立的限流电阻Rlimit或NTC热敏电阻，如图1所示。限流电阻阻值一般为4.7～10Ω，仅限于在10W以下的系统中应用，主要缺点是体积较大，功率损耗高，影响系统效率。用NTC热敏电阻RT替代独立限流电阻Rlimit，在环境温度下，RT的阻值非常高，可有效地限制浪涌电流；在系统启动后进入正常操作时的阻值急剧降低，从而减小了功率损耗。NTC热敏元件的尺寸较小，适合于在20～50W的系统中用作启动时的限流元件。在热启动(即NTC热敏电阻温度较高)时或电路板上环境温度达到60℃以上再启动时，NTC热敏电阻对浪涌电流不再起限制作用。在热态下NTC热敏元件阻值并不为零，其损耗并非是可以忽略的。
为降低功率损耗，可在NTC热敏元件上并联可控硅(SCR)、三端双向可控硅开关元件(TRIAC)或继电器，如图2所示。在系统启动期间，浪涌电流由NTC热敏电阻限制。当系统进入正常操作时，启动控制电路触发SCR或TRIAC，或使继电器吸合，将NTC热敏电阻短路。但是，SCR和TRIAC的导通损耗相对也较大，继电器接通电阻虽然非常小，但体积过大，而且响应速度也较差。
还有一种浪涌电流限制电路被称作半可控整流桥(HCRB)，如图3所示。在启动期间，浪涌电流通过二极管VD1、VD2和RT，被RT限制。在系统进入正常操作期间，AC输入电流通过两个SCR(SCR1与SCR2)和二极管VD3与VD4整流，而二极管VD1、VD2及限流电阻RT被短路。HCRB与其它几种浪涌电流限制元件比较，尺寸和损耗都比较小。但应考虑功率损耗与抗瞬态电压(dv/dt)之间的关系。
在电源变换器启动期间，在前端会出现一些振荡，产生dv/dt直达近300V/μs的窄尖峰脉冲。在HCRB电路中的两只SCR,如果选择灵敏型器件(控制极触发电流低至几十个微安)，其反向漏电流和反向功率损耗要比非灵敏SCR(触发电流达几个毫安)虽然约低100倍，但其dv/dt仅约10V/μs，抗扰性极差。即使在其控制极与阴极之间连接一只阻尼电容(100nF)，dv/dt值也只能达100V/μs。若选用非灵敏SCR，虽然其抗扰性能较好,dv/dv可达200V/μs(在附加阻尼电路后可达300V/μs以上)，但其反向功率损耗又太大。
意法微电子(ST)公司利用专用散件(ASD)工艺制作的STIL02-P5浪涌电流限制器件，则解决了功率损耗与抗扰性(dv/dt)之间的平衡。
新型浪涌电流限制器件STIL02-P5
STIL02-P5是基于半可控整流桥路(HCRB)并采用ASD工艺技术研制的一种新型浪涌电流限制器件，适用于50～150W的AC/DC电源变换器浪涌电流限制。
STIL02-P5采用5引脚直插式PENTAWATT HV2封装，内置两个非灵敏单向开关及其控制驱动器，如图4所示。
STIL02-P5的L(1)脚连接AC线路相线(开关1)，N(5)脚(开关2)连接AC线路中线，pt1(2)脚和pt2(4)脚分别是功率开关1和2的控制输入脚，OUT(3)脚为输出端。
STIL02-P5的主要技术性能指标如下：重复正向和反向截止电压VDout/VRout为700V，输出端平均导通态电流为2A，不重复浪涌峰值导通态电流ITSM达65A(正弦波，tp=10ms)，动态电压上升速率dv/dt≥500V/μs，驱动器触发电流(Ipt1=Ipt2)为10mA，控制触发电压VD(pt1)=VD(pt2)=0.8V(典型值)，反向电流IRout(off)≤5μA，每只开关门限电压Vt0为0.7V，动态电阻Rd=70mΩ，正向压降是0.9V，器件工作结温Tj=0～150℃。
STIL02-P5在开关电源中的应用电路如图5所示。其工作原理与HCRB电路相同。在系统启动期间，桥式整流器整流电流通过RT对电容C1充电，浪涌电流被RT限制。在系统启动之后进入正常操作期间，电源变压器附加绕组(N3)感生的高频脉冲电压经二极管VD5整流和电容C2滤波，施加到STIL02-P5的Pt1和Pt2脚，驱使内部两个单向开关(S1与S2)接通，将二极管VD1、VD2和RT短路，由两个开关S1和S2及二极管VD3与VD4整流。
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关键词：交流接触器 电路 无声节电
1、前言
交流接触器是利用电磁吸力及弹簧反作用力配合动作，而使触头闭合与断开的一种电器，主要由电磁铁、触头（包括接在主电路中的主触头和接在控制电路中的辅助触头）和灭弧装置等三部份组成，常用的交流接触器主要有CJ10、CJ12两种系列，这两种系列都存在着消耗大量的电能，产生较大的噪声。交流接触器的节电一直是电器技术研究的重要课题之一，市场相继推出了各种交流接触器无声节电器，其基本原理是：将交流接触器原设计的交流操作改为高压吸合，低压直流吸持，降低铁心和短路环的损耗功率，达到节电降噪的目的。本人在深入研究了现有各种交流接触器无声节电器和节电线圈基本原理基础上，提出采用新型敏感器件实现接触器状态切换控制，利用功率半导体器件作状态切换开关，从根本上克服了有触点开关的弊病。此技术可靠，结构简单，成本低廉，可制成一体化节电线圈，安装时不增加任何接线，使用维修方便。
2、电路设计思路
图（1）是该设计的电路示意图，图中K1是交流接触器直流电磁线圈，主要由敏感器件、控制环节、切换电路及整流器组成，其中的关键是敏感器件和切换电器中的功率半导体器件
敏感器件是采用半导体正温度系数热敏电阻。正温度系数热敏电阻（PTC）在常温环境下具有较小的电阻值，当通一定电流时，其电阻值迅速增大。利用此特性，控制交流接触器电磁线圈的供电，使其在通电初具有较大的电流，保证接触器衔铁的吸合，随着热敏电阻阻值的迅速增大，控制直流电磁线圈的电流减小，最后稳定在吸持状态。切换电路中关键器件是功率半导体器件（晶体闸流管、大功率晶体管等），利用其开关特性代替有触头开关，实现电流切换；同时也可利用其电流控制作用，控制交流接触器电磁线圈的吸持电流。整流器由半导体整流二极管组成。
3、实用节电线圈
电路图如图（2）所示，K1是接触直流电磁线圈。切换元件R1是正温度系数半导体热能电阻（PTC），VT2为触发二极管，VT1为晶闸管。
工作原理如下：当交流接触器通电工作时，在L1、L2两端接通交流工作电源，初始电流经热敏电阻R1触发二极管VT2为晶闸管VT1的控制极提供一导通信号。由于正温度系数半导体热敏电阻R1的电阻初始值很小，所以触发电流使晶闸管VT1全导通，经整流器UR整流，直流电磁线圈K1上得到高电压直流电，从而使接触器迅速吸合。由于热敏电阻R1的阻值随着其中电流的通过而迅速增大，使晶闸管VT1的导通角迅速减小，经晶闸管VT1的电流减小，于是通过整流器UR整流到电磁线圈K1的电流仅能够维持交流接触器的吸合，达到节电降噪的目的。电阻R2、R3及电容C2用于改善晶闸管VT1的小导通时的导通特性，确保为电磁线圈提供合适的吸持电流。
根据交流接触器电压和容量的不同选用不同型号热敏电阻、晶闸管等器件，可制成节电线圈。如电路中R1选用小电流控制用热敏电阻MZ61，R2、R3分别选用阻值为47kΩ和100kΩ的电阻，电容C1、C2都选用为0.1μF/160V，晶闸管VT1选用KS5/6型，触发二极管VT2选用2CTS型，整流器UR选用4007×4型，以上这些参数制成的节电线圈适用于CJ10、CJ12两种系列（100~250A）左右的交流接触器。
4、实际应用情况
根据上述的控制原理和选用选了电子元件，本人制作了3套一体化节电线圈，并投入到4L-20/8空压机控制电路中试运行，控制交流接触器的型号为CJ12-250A。经过半年的试运行，交流接触器无发生因使用一体化节电线圈发生故障，一体化节电线圈也无发生过故障等，可见一体化节电线圈制作和应用是可行的。空压机控制电路应用了一体化节电线圈后大大地减少接触器吸合噪声，同时也有效降低了原有的吸合线圈等电能损耗，经过电能表的计量对比，使用一体化节电线圈后约可节约电能达0.3~0.4kWh/h，节电效果明显，现我矿已制作了各类的一体化节电线圈投入应用。
5、应用电路注意事项
经应用得知，在交流接触器能正常工作的条件下，更换应用实用电路制成的一体化无声节电线圈时，应注意以下几点：（1）提供电源电压不能太低，线圈技术参数与使用条件应相符，否则电磁铁吸不上或吸不到底；（2）电源电压不能太低或太高，容易造成线圈过热或烧损；（3）实用电路电子器件选择应与交流接触器的工作电流相匹配，操作频率不应过高，否则会造成触头过热和电子元件烧损。
6、结束语
篇9
关键词：用电器具，温度调节，采样比较，节能控制
Multiplex Temperature Automatic Regulation Controller
Wang Mu1，Wang Yu2， Su He Lin1
（Sichuan Electric Power Research Institute Sichuan 6100721 Sichuan Electric Power Company of Neijiang Electric Power Bureau o Sichuan Neijiang 6410002）
Abstract： Whether the unit office， room settings， or family application， air–condi tioning， fans and other temperature-regulating device is power consumption big， occupy almost half of electricity， in addition to existing products， mostly manual shift and open-stop， is not convenient， and can not follow the temperature change can be， even in high gear， enter midnight or thunderstorm days a rapid drop in temperature， can also cause the use of human colds and other illnesses occur. To this end， we carried out a " multichannel temperature automatic regulation controller " development， can make the electric fan， air conditioner temperature automatic shifting and open-stop， technical level rises considerably， and is in favor of saving energy and people's physical and mental health.
Key words：Electric appliances， Temperature regulation， Sampling comparison， Energy-saving control
1 设计制作
为完成夏季温度控制，首先选用传感器进行环境温度采样，本装置设计特点是传感器为一组相同的负温型热敏电阻，传感器为一组相同的负温型热敏电阻，实现环境温度采样。采集到的信号送往以六非门集成块为中心的比较判断电路，进行电平转换控制，再经功率放大与导通角等驱动处理，启动无极调压和继电器件，实现风扇、空调的温度控制。对此，我们实施了电路设计，请见图1。
1.1 电路原理
220V交流电分两路工作，一路经降压、整流、滤波、稳压等处理，形成直流工作电源，供给温度传感与判断控制等前端器件工作，另一路则送往可控硅和继电器结点，提供给经温度控制下的动力电源。
在图1中，各段所用的温度采样器件是型号参数相同的3.6 KΩ负温型热敏电阻Rt，故未编序号。另采用的一个54LS04六非门集成电路，是判断控制的中心，贯穿始终。根据运行特点，仪器分成两大部分：
1.2 无极调压控制
从图2中可以看到，第一组热敏电阻Rt和线性电阻R1串联，再与负端电阻R2对12V电源分压，形成对54LS04第一非门1-2的门槛电压值。比如在夏天，当温度为25-280C时，3.6KΩ负温型热敏电阻Rt阻值下降为3KΩ，这时680Ω电阻R2的分压值UR2≥2V，超过门槛值，第一级非门翻转，输出低电平。
为配合低电平信号，我们选用了两个PNP型9015和8550晶体管BG1-2构成复合功放器，经功率放大后的信号，使继电器J1启动。
继电器J1启动后，常开接点J1-1闭合，接通200kΩ电阻R14和电容C1，产生低频振荡，经DB3双向二极管D1送达可控硅控制极，形成较小导通角，输出约100V电压，风扇启动旋转。
若温度再升高，达到28-320C时，第二级热敏电阻Rt下降到约2.4KΩ，560Ω电阻R4的分压值UR4超过74LS04的3-4非门门槛电压，该门翻转，BG3-4导通，继电器J2启动，接通100kΩ电阻的R15和C1，产生中频振荡，使可控硅导通角增大，输出约150V电压，风扇中速旋转。
同理，当温度达到320C以上时，UR6超过3-4非门门槛电压，该非门翻转，BG5-6导通，J3启动，产生最大导通角，可控硅直通，输出全电压，风扇高速转动。
此块电路通过对不同温度的采集，转换为可控硅导通角的调整，使之输出不同交流电压值，实现风扇转速自动控制。反之，当温度低于250C，各级非门都超不过门槛电压，故形成自动关闭，达到节能目的。
篇10
关键词：高考试题；核心素养；物理观念；科学思维；科学探究；学习进阶
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）2-0045-4
在深化基础教育课程改革和考试招生制度改革的背景下，“核心素养”成为一线教师和命题老师关注的焦点。物理学科的核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任，核心素养的命题立意在2016年高考物理试题中得到了很好的体现，为今后一段时期内的高考内容改革指明了方向[1]。
1 立足经典模型，考查物理观念
“物理观念”是指基本知识、基本概念、基本规律和基本方法等在头脑中的提炼和升华。主要包括运动观念、物质观念、相互作用观念、能量观念等要素。
例1 （2016江苏卷第2题）有A、B两小球，B的质量为A的两倍。现将它们以相同速率沿同一方向抛出，不计空气阻力。图1中①为A的运动轨迹，则B的运动轨迹是（ ）
A.① B.② C.③ D.④
分析 本题从运动观念立意，利用经典的抛体模型，考查抛体运动观念。抛体运动的加速度始终为g，与抛体的质量无关。当将A、B两物体以相同速率沿同一方向抛出时，运动轨迹应该相同。本题如果学生没有形成正确的抛体运动观念，很容易想当然地认为重的物体抛得近一些，错误地选C选项。
例2 （2016全国I卷第19题）如图2，一光滑的轻滑轮用细绳OO' 悬挂于O点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b。外力F向右上方拉b，整系统处于静止状态。若F方向不变，大小在一定范围内变化，物块b仍始终保持静止，则（ ）
A.绳OO' 的张力也在一定范围内变化
B.物块b所受到的支持力也在一定范围内变化
C.连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化
D.物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化
分析 本题从力的相互作用观念立意。由滑轮性质，滑轮两侧绳的拉力相等，物体a受到绳的拉力等于其重力。物体a、b均保持静止，则a、b受到绳的拉力大小方向均不变，所以OO' 的张力不变，排除A、C选项，本题是多项选择题，利用排除法可以得出B、D选项正确。
例3 （2016海南卷第10题）如图3，一带正电的点电荷固定于O点，两虚线圆均以O为圆心，两实线分别为带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹，a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点。不计重力，下列说法正确的是（ ）
A.M带负电荷，N带正电荷
B.M在b点的动能小于它在a点的动能
C.N在d点的电势能等于它在e点的电势能
D.N在从c点运动到d点的过程中克服电场力做功
分析 本题从能量观念立意，以点电荷电场和带电粒子在电场中的运动这一经典模型为背景，考查电场力做功和动能、电势能的变化关系，是一道以能量观念立意的试题。电场能量的基本观念是：在同一等势面上，电场力不做功；电场力做正功，动能增加，电势能减少；反之，电场力做负功，动能减少，电势能增加。
启示 通过以上三道试题的分析说明，高考试题旨在倡导通过高中阶段的教学，寻找最佳的教学序列并精心设计教学，培养学生四大物理观念，即运动观念、物质观念、相互作用观念和能量观念等；促进物理观念的不断进阶，并能用这些观念解决实际生活中的一些问题或应用这些观念来描述自然界的图景。
2 创设意义情景，考查科学思维
“科学思维”是指物理学的认识方式和科学方法的内化，主要包括物理模型的建构、科学思维的推理和论证等相关要素。
例4 （2016全国I卷第17题）利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯。目前地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍。假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为（ ）
A.1 h B.4 h C.8 h D.16 h
分析 本题基于一种科学假设的情况下，以科学思维立意，考查考生的科学思维过程。这包括：
（1）模型建构。地球自转周期变小，卫星要与地球保持同步，则卫星的公转周期怎么变化？
（2）科学思维推理。从定性思维角度分析，在卫星离地球的高度变小的情况下，要实现三颗卫星覆盖全球的目的，三颗卫星的位置应该怎样分布？
（3）科学思维论证。在科学推理的基础上，作出几何关系图，定量思维求出最小轨道半径，计算出最小周期。
例5 （2016江苏卷第9题）如图4所示，一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出，鱼缸最终没有滑出桌面。若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等，则在上述过程中（ ）
A.桌布对鱼缸摩擦力的方向向左
B.鱼缸在桌布上的滑动时间和在桌面上的相等
C.若猫增大拉力，鱼缸受到的摩擦力将增大
D.若猫减小拉力，鱼缸有可能滑出桌面
分析 以猫拉桌布为情境，建构木板木块模型，以科学思维立意，考查考生的科学思维过程。
（1）模型建构。鱼缸在桌布上和在桌面上的受力与运动模型。
（2）科学思维推理。因为鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等，鱼缸受到桌布向右的摩擦力与它受到桌面向左的摩擦力大小相等，所以鱼缸向右加速的加速度大小与向右减速的加速度大小相等，方向相反。鱼缸的初速度为零，末速度也为零，根据对称性可知，鱼缸做加速运动的时间与做减速运动的时间相等。
（3）科学思维论证。定性思维，若猫减小拉力，桌布的加速度减小，鱼缸在桌布上的运动时间变长，而鱼缸向右的加速度不变，由x=at2/2知，鱼缸相对于桌面的位移变大，桌布被拉出后鱼缸在桌面上的位移也变大，鱼缸就有可能滑出桌面。
启示 从以上两道试题分析看出，试题通过意义情境（科学假设或联系实际），考查科学思维，启示在今后的高中教学中，应培养学生模型建构的意识和能力；培养学生运用科学思维方法，从定性和定量两个方面进行科学推理和论证的关键能力。核心素养的形成不是一蹴而就的，需要在教育教学过程中慢慢形成[2]。
3 基于事实证据，考查科学探究和科学态度与责任
“科学探究”是指基于证据的猜想和假设，获取证据信息和处理信息，并对实验探究过程和结果进行分析和评估。“科学态度与责任”是指对待科学的正确态度和责任感，主要包括“科学本质，科学态度，科学・技术・社会・环境关系（简称STSE）”等要素。
例6 （2016全国I卷23题） 现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9 Ω），直流电源（输出电压为U，内阻不计），滑动变阻器R1（最大阻值为1000 Ω），滑动变阻器R2（最大阻值为2000 Ω），单刀双掷开关一个，导线若干。
在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA。流过报警器的流超过20 mA时，报警器可能损坏。该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
（1）在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图（图5）的连线。
（2）电路中应选用滑动变阻器_____________（填“R1”或“R2”）。
（3）按照下列步骤调节此报警系统：
①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______Ω；滑动变阻器的滑片应置于_______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是 。
②将开关向_______（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至 。
（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。
分析 本题将热敏电阻与报警器联系起来创设新的情境，探索报警系统的实验原理、提出新的操作步骤和思路。
（1）基于证据的猜想和假设
现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。由图5可知，若把电阻箱作为模拟的热敏电阻，利用等效替代实验思想，即电阻箱和热敏电阻并联连接探究报警系统的原理，也是基于科学的态度和责任，防止贸然接入电路，损坏报警器。
（2）获取证据信息和处理信息
证据信息：已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏。
处理信息：根据欧姆定律R=U/I，当U=18 V，通过报警器的电流10 mA≤Ic≤20 mA，故电路中总电阻： 900 Ω≤R≤1800 Ω。题中说明热敏电阻在60 ℃时阻值为650.0 Ω，则串联在电路中的电阻箱应选R2。
（3）探究过程与结果的分析和评估
为防止通过报警器的电流过大，烧坏报警器，因此在连接电路时，滑动变阻器应滑至最大值，即滑动变阻器的滑片置于b端。同时先接通模拟热敏电阻，即开关向c端靠拢，然后缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警，这也体现了对科学探究的正确态度和责任感。
启示 从以上试题分析可以看出，基于事实证据的过程性评价，诊断学生的学习情况和学习困惑，能够促进教与学行为的改进，从而促进学生的发展。在高中教学中要注重培养学生基于证据的科学探究意识，科学探究的态度与责任，能在学习和日常生活中发现问题、提出合理猜测与假设；使用各种方式、方法收集信息和处理信息，并能正确实施探究过程和对结果进行分析和评估。
物理核心素养的培养离不开学生的学习实践，物理教学应以贯穿物理核心素养的养成为主线，以学生的学习实践为依托，以评价改革推力成为深化改革的动力源[3]。
参考文献：
[1]程力.增强基础性和综合性 深化高考物理内容改革[J].物理教师，2016，37（5）：74-77.