Question

6．某公司新研發(fā)了一種壓敏電阻，用來制作壓力傳感器．其采用如圖所示方式對新產(chǎn)品進行內(nèi)部測試．已知電源電壓U=24V，電流表量程為0～0.6A．閉合開關(guān)S，不斷改變樣品的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)壓力傳感器的電阻R隨壓力F變化的關(guān)系如表所示．（g取10N/kg）求：

壓力F/N	0	50	100	150	200	250	300	…
壓敏電阻R/Ω	50	38	31	24	20	17	15	…

（1）當壓力傳感器上沒有放置樣品時，電流表示數(shù)為0.4A，則定值電阻R₁阻值為多大？
（2）當壓力傳感器上樣品的質(zhì)量為20kg時，電路中電流表的示數(shù)為多少？
（3）請指出電路中設計的不足之處，并提出改進意見．

Answer 1

分析 （1）由圖知，壓力傳感電阻R與R₁串聯(lián)，電流表測電路中電流，由壓力為0時知R連入阻值的大小，由串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算R₁阻值；
（2）由G=mg可得物體重力，壓力等于重力，由表格數(shù)據(jù)可知此時壓力傳感器連入電路的阻值，由串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算電路電流；
（3）由表格數(shù)據(jù)知壓敏電阻隨電壓變化特點，根據(jù)電流表量程分析電路的不足．

解答 解：（1）由圖知，壓力傳感電阻R與R₁串聯(lián)，電流表測電路中電流，
由表格知，當F=0N時，壓力傳感器的電阻R=50Ω，
電路中的總電阻為R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{24V}{0.4A}$=60Ω，
所以定值電阻R₁=R_總-R=60Ω-50Ω=10Ω；
（2）已知樣品的質(zhì)量20kg，
樣品對壓力傳感器的壓力F=G=mg=20kg×10N/kg=200N，
由表格數(shù)據(jù)可知，此時壓敏電阻R′=20Ω，
由串聯(lián)電路特點和歐姆定律可得，電路中的電流：
I=$\frac{U}{{R}_{1}+R′}$=$\frac{24V}{10Ω+20Ω}$=0.8A；
（3）由題知電流表量程0-0.6A，電路中最小電阻R_總最小=$\frac{U}{{I}_{最大}}$=$\frac{24V}{0.6A}$=40Ω，
所以壓敏電阻連入電路阻值最小值：R_最小=R_總最小-R₁=40Ω-10Ω=30Ω，
由表格數(shù)據(jù)知，壓敏電阻隨壓力增大而減小，所以壓力達到一定程度時，電流就會超過電流表量程，所以不足之處：電流表量程太小，可能會燒毀電流表；
改進意見：換一個大量程電流表．
答：（1）當壓力傳感器上沒有放置樣品時，電流表示數(shù)為0.4A，則定值電阻R₁阻值為10Ω；
（2）當壓力傳感器上樣品的質(zhì)量為20kg時，電路中電流表的示數(shù)為0.8A；
（3）不足之處：電流表量程太小，可能會燒毀電流表；改進意見：換一個大量程電流表．

點評 本題考查串聯(lián)電路特點和歐姆定律的應用，能從表格中獲取有用數(shù)據(jù)是關(guān)鍵．