Question

【题目】如图甲是一个风力测试仪装置的原理图。迎风板与一压敏电阻Rx连接，工作时迎风板总是正对风吹来的方向，有风时，迎风板向左运动，当挤压压敏电阻时，压敏电阻的阻值会发生变化，已知电源电压恒为18 V，定值电阻R0＝15 Ω，电压表的量程为0～15V，电流表量程0～3 A，压敏电阻Rx能通过的最大电流 0.9A，阻值与迎风板承受风力F的关系如图乙所示。试求：

(1)无风时，求电压表和电流表的示数；

(2)当通过压敏电阻电流为 0.6 A，压敏电阻Rx消耗的功率；

(3)在满足所有元件均安全使用的条件下，此装置能测量风力最大是多少？

Answer 1

【答案】(1) 0.36A；(2) 5.4W；(3)768N

【解析】

由电路图可知，R0与Rx串联，电压表测R0两端的电压，电流表测电路中的电流。

(1)由图乙可知，无风时

Rx=35Ω

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电路中的电流

I==0.36A

则R0两端的电压

U0=IR0=0.36A×15Ω=5.4V

(2)当通过压敏电阻电流为0.6A时，电路的总电阻

R==30Ω

此时压敏电阻的阻值

Rx′=R-R0=30Ω-15Ω=15Ω

则压敏电阻Rx消耗的功率

Px=I′2Rx′=(0.6A)2×15Ω=5.4W

(3)由图乙可知，当风力增大时，压敏电阻的阻值变小，电路中的电流变大，则电路中的电流最大时，此装置能测量的风力最大，当电压表的示数为15V时，电路中的电流

I″==1A

因串联电路中各处的电流相等，且电流表量程0～3A，压敏电阻Rx能通过的最大电流1.2A，所以，电路中的最大电流为1A，此时电路的总电阻

R′==18Ω

此时压敏电阻的阻值

Rx″=R′-R0=18Ω-15Ω=3Ω

由图乙可知，F与Rx的关系是一次函数，设为

F=kRx+b

把

Rx=35Ω，F=0

Rx=0Ω，F=840N

代入可得

k=-24(N/Ω)，b=840N

F=-24(N/Ω)×Rx+840N

F大=-24(N/Ω)×3Ω+840N=768N

答：(1)无风时，电压表的示数为5.4V，电流表的示数为0.36A；

(2)当通过压敏电阻电流为0.6A，压敏电阻Rx消耗的功率为5.4W；

(3)在满足所有元件均安全使用的条件下，此装置能测量风力最大是768N。