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力传感器在电子秤中的应用
电子秤所使用的测力装置是力传感器。
常见的一种力传感器由弹簧钢和应变片组成,其结构示意图如图15甲所示.弹簧钢右端固定,在其上、下表面各贴一个相同的应变片。若在弹簧钢的自由端施加向下的作用力F,则弹簧钢发生弯曲,上应变片被拉伸,下应变片被压缩。力越大,弹簧钢的弯曲程度越大。
应变片结构如图15乙所示,其中金属电阻丝的阻值对长度变化很敏感.给上、下金属电阻丝提供相等且大小不变的电流,上应变片两引线间电压为U1,下应变片两引线间电压为U2,传感器把这两个电压的差值U(U=U1-U2)输出,用来反映力F的大小。
金属电阻丝的阻值随温度会发生变化,其变化情况如图15丙所示.为消除气温变化对测量精度的影响,需分别在上、下应变片金属电阻丝与引线之间串联一只合适的电阻,进行温度补偿.串联合适的电阻后,测量结果不再受温度影响。![]()
(1)这种力传感器是将力的大小转换为 (电流/电压)的装置。
(2)外力F增大时,下列说法正确的是 。
| A.上、下应变片金属电阻丝电阻都增大; |
| B.上、下应变片金属电阻丝电阻都减小 ; |
| C.上应变片金属电阻丝电阻减小,下应变片金属电阻丝电阻增大; |
| D.上应变片金属电阻丝电阻增大,下应变片金属电阻丝电阻减小。 |
(4)进行温度补偿时,应给上金属电阻丝串联阻值随温度升高而 的电阻,下金属电阻丝串联阻值随温度升高而 的电阻(以上两空均填“增大”或“减小”)。
(5)如果未进行温度补偿,自由端受到相同的力F作用,该传感器下应变片两端的电压U2冬天比夏天 (大/小)。
如图所示为某兴趣小组为学校办公楼空调设计的自动控制装置,R是热敏电阻,其阻值随温度变化关系如下表所示.已知继电器的线圈电阻R0=10Ω,左边电源电压为6V恒定不变.当继电器线圈中的电流大于或等于15mA时,继电器的衔铁被吸合,右边的空调电路正常工作.
| 温度t/℃ | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 |
| 电阻R/Ω | 600 | 550 | 500 | 450 | 420 | 390 | 360 | 330 | 300 |
(2)计算说明该空调的启动温度是多少?
(3)为了节省电能,将空调启动温度设定为30℃,控制电路中需要再串联多大的电阻?
(4)改变控制电路的电阻可以给空调设定不同的启动温度,除此之外,请你再提出一种方便可行的调节方案.
如图甲所示是一种常见的电热水袋,图乙是它的结构示意图,其性能指标如下表所示.![]()
| 额定电压 | 额定加热功率 | 指示功率 | 袋内充水 | 自动断电温度 |
| 220V | 500W | ≤0.2W | 1kg | 65℃ |
(2)为了使用电热水袋更加安全,有的电热水袋里使用双重温控开关保护,也就是把两个温控开关 (选填“串联”或“并联”)起来使用;
(3)当热水袋原来的温度是15℃时,在额定电压下加热10min指示灯就熄灭了,则此过程中水吸收的热量是 J,电热水袋的发热效率为 .[c水=4.2×103J/(kg?℃)].
现有一个电阻元件Z,可能是由金属材料制成的,它的电阻随温度的升高而增大,也可能是由某种半导体材料制成的,其电阻随温度的升高而减小.现用图示电路对其进行测试,其中R为定值电阻,电源电压可调,实验中从0开始逐渐增大电源电压,测得通过Z的电流与加在它两端的电压数据如下表所示:
| U/V | 0.0 | 0.2 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 |
| I/A | 0.000 | 0.050 | 0.100 | 0.150 | 0.180 | 0.195 | 0.200 | 0.205 |
利用这些数据绘出Z的I-U曲线如图所示.请根据表中数据和图线解决下列问题:
(1)Z是由 (金属/半导体) 材料制成的.当Z两端电压为1.5V时,Z消耗的电功率 W;
(2)当电源电压为U=3.5V时,电流表的读数为0.20A,求定值电阻R的阻值;
(3)在z的I-U坐标图中作出电阻R的曲线图,并根据电阻元件Z和定值电阻R的图像分析,当电源电压调到某一适当值时,元件Z与定值电阻R消耗的电功率相等,求此时电源电压.
(10分)我们已经知道导体的电阻是导体本身的一种性质,它的大小与导体的长度、横截面积和材料有关,进一步研究表明,在温度不变时,导体的电阻跟导体的长度成正比,跟导体的横截面积成反比,这个规律叫做电阻定律,用公式表示为
,其中R、L、S分别表示导体的电阻、导体的长度和横截面积。而ρ是反映材料导电性能的物理量,我们把它叫做材料的电阻率。材料电阻率的大小与什么有关?小红提出如下猜想:
猜想1:电阻率与材料的长度有关;
猜想2:电阻率与材料的横截面积有关;
猜想3:电阻率与材料的种类有关。
于是小红找来不同规格的导线进行测量,实验数据见下表:
| 实验序号 | 材料 | 长度L/m | 横截面积S/mm2 | 电阻R/Ω | 电阻率ρ |
| 1 | 铜 | 1.0 | 0.1 | 0.17 | 0.017 |
| 2 | 铜 | 2.0 | 0.1 | 0.34 | 0.017 |
| 3 | 铜 | 1.0 | 0.05 | 0.34 | 0.017 |
| 4 | 铁 | 1.0 | 0.1 | 1.0 | 0.1 |
| 5 | 镍铬合金 | 1.0 | 0.1 | 11.0 | 1.1 |
A. Ω·m B. Ω/m C. Ω/m2
(2)分析比较实验序号1、2的数据,可以初步确定猜想1是___ __(选填“正确”或“错误”)的。
(3)分析比较实验序号_________的数据,可以初步确定猜想2是错误的。
(4)分析比较实验序号1、4、5的数据,可得到的初步结论是 。
(5)根据表中的数据,如果要制作一个滑动变阻器,应选用材料 作为电阻线圈,这是因为相同规格的这种材料做成的电阻较 (选填“大”或“小”),可以调节的阻值范围较大。
(6)根据表中的数据求出一段长10m,横截面积2mm2的铁导线的电阻是 Ω。
(7)我们知道导体的电阻还与温度有关,有的导体温度升高电阻增大,有的导体温度升高电阻反而减小。你认为,导体的电阻随温度变化,是因为 ( )
A、