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阅读短文,回答问题: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
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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.
应变片采用半导体材料制成,其阻值与长度成正比.给上、下应变片提供相等且恒定不变的电流,上应变片两端电压为U1,下应变片两端电压为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.半导体应变片的阻值随温度会发生变化,其变化情况如图乙所示.为消除温度变化对测量精度的影响,需分别给上、下应变片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)当弹簧钢没有受到压力时,U=___.
(2)当弹簧钢受力向下弯曲时,U1___,U2___.(选填“变大”、“变小”或“不变”).
(3)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___(选填“大”或“小”).
(4)进行温度补偿时,应给下应变片串联的电阻,最合适的是图丙中的___.
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.
应变片采用半导体材料制成,其阻值与长度成正比.给上、下应变片提供相等且恒定不变的电流,上应变片两端电压为U1,下应变片两端电压为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.半导体应变片的阻值随温度会发生变化,其变化情况如图乙所示.为消除温度变化对测量精度的影响,需分别给上、下应变片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)当弹簧钢没有受到压力时,U=___.
(2)当弹簧钢受力向下弯曲时,U1___,U2___.(选填“变大”、“变小”或“不变”).
(3)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___(选填“大”或“小”).
(4)进行温度补偿时,应给下应变片串联的电阻,最合适的是图丙中的___.
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答案和解析
(1)由题意可知,金属梁的上、下表面的应变片完全相同,即两应变片的电阻相同,且两应变片串联在电路中,所以通过两应变片的电流相等,根据U=IR可知,上应变片引线间两端电压为U1和下应变片引线间两端电压为U2相等;即U1=U2,U=U1-U2=0;
(2)当金属梁受力向下弯曲时,上面金属电阻丝长度变大,电阻变大,下面金属电阻丝长度变短,电阻变小;
由欧姆定律可知,电压U=IR,电流一定时,电阻越大,导体,U1变大,U2变小.压力越小电子秤示数越小,也就是输出的电压越小,所以说传感器输出的电压U随外力F减小而减小.
(3)冬天比夏天电阻增加的小,所以该传感器下应变片两端的电压U2冬天比夏天小.
(4)原半导体电阻随温度升高而增大,所以应补偿电阻随温度升高而减小,A选项电阻随温度的升高而减小,故A正确;
故答案为:(1)0;(2)变大;变小;(3)小;(4)A.
(2)当金属梁受力向下弯曲时,上面金属电阻丝长度变大,电阻变大,下面金属电阻丝长度变短,电阻变小;
由欧姆定律可知,电压U=IR,电流一定时,电阻越大,导体,U1变大,U2变小.压力越小电子秤示数越小,也就是输出的电压越小,所以说传感器输出的电压U随外力F减小而减小.
(3)冬天比夏天电阻增加的小,所以该传感器下应变片两端的电压U2冬天比夏天小.
(4)原半导体电阻随温度升高而增大,所以应补偿电阻随温度升高而减小,A选项电阻随温度的升高而减小,故A正确;
故答案为:(1)0;(2)变大;变小;(3)小;(4)A.
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