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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1－14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________(填“电流”或“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

(3)传感器输出的电压U随外力F增大而________．

(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．

(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在冬天比夏天________(填“大”或“小”)．

图1－14

某同学做“用电流表、电压表测电阻”实验，现有电源、待测电阻R₁

电流表、电压表、滑动变阻器R₂电键及导线若干，所有元件均完好，该同学实验操作步骤正确。

①　按图15连接电路时，应将电键　　（13）　　。

②　闭合电键前，滑动变阻器的滑片应移至　　（14）　　（选填“a”或“b”）处；

③　他在移动滑动变阻器滑片的过程中，发现电流表示数的变化范围为0.20安～0.58安，电压表示数相应的变化范围为2.0伏～6.0伏，当移动滑动变阻器滑片到某位置时，电压表、电流表的示数分别如图16所示，则待测电阻R₁阻值的平均值为　（15）　　欧（保留一位小数）。

④　完成上述实验后，该同学还想测量另一段电炉丝的电阻R_x的阻值，可是在连接电路时，发现电源、电压表和滑动变阻器都已损坏。经过思考，他利用刚才已测得的定值电阻R₁及原来剩下的器材，再向老师要了一个电源（电源电压未知且保持不变）和一个电键S₁，重新设计电路进行实验。 把设计的电路图画在答题纸相应框内（测量过程中，电路元件接线不能更改）。　　（16）　　简要叙述操作要点：　　　　　　　　　　　　（17）　　　　　　　　　　　　。

图15　图16