温度传感器是应用最广泛的传感器之一,一般由半导体材料的热敏电阻制成,它可以把热信号转换为电信号,进行自动控制,电饭锅、电饭煲的自动加热和保温就是借助于温度传感器

温度传感器是应用最广泛的传感器之一,一般由半导体材料的热敏电阻制成,它可以把热信号转换为电信号,进行自动控制,电饭锅、电饭煲的自动加热和保温就是借助于温度传感器

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温度传感器是应用最广泛的传感器之一,一般由半导体材料的热敏电阻制成,它可以把热信号转换为电信号,进行自动控制,电饭锅、电饭煲的自动加热和保温就是借助于温度传感器来完成的。电饭锅中应用了温度传感器,它的主要元件是感温铁氧体,感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的,它的特点是:常温下具有铁磁性,能够被磁体吸引,但是上升到约103℃时,就失去了铁磁性,不能被磁体吸引了,这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。电饭锅的结构如图所示,试回答以下问题:
(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮?手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态?为什么?
(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度?为什么?
(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会有什么变化?这时电饭锅会自动地发生哪些动作?
(4)如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电?
答案
(1)开始煮饭时,用手压下开关按钮,永磁体与感温磁体相吸,手松开后,按钮不会恢复到图示状态,这样触点接通,电热板通电加热;
(2)水沸腾后,由于锅内保持100℃不变,故感温磁体仍与永磁体相吸,继续加热一直到饭煮熟,温度大致不变;
(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度会升高,当温度升高到“居里点”103℃时,感温磁体失去铁磁性,在弹簧作用下,永磁体被弹开,触点分离,自动切断电源,从而停止加热;
(4)如果用电饭锅烧水,在水沸腾后因为水温保持在100℃,故不能自动断电。只有水烧干后,温度升高到103℃才能自动断电。
举一反三
如图所示“神舟”五号飞船发射升空时,火箭内测试仪平台上放一个压力传感器,传感器上面压一质量为M的物体,火箭点火后从地面向上加速升空,当升到某一高度时,加速度为,压力传感器此时显示出物体对平台的压力为点火前压力的。已知地球的半径为R,g为地面附近的重力加速度,试求此时火箭离地面的高度。
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如图所示,图甲是某中学在研究性学习活动中,吴丽同学自制的电子秤原理示意图,目的是利用理想电压表的示数指示物体的质量。托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计,滑动变阻器的滑片与弹簧上端连接,当托盘中没有放物体时,滑片恰好指在变阻器R的最上端,此时电压表示数为零,设变阻器总电阻为R,总长度为L,电源电动势为E,内阻为r,限流电阻阻值为R0,弹簧劲度系数为k,不计一切摩擦和其他阻力。
(1)推出电压表示数U与所称物体质量m的关系式;
(2)为使电压表示数与待测物体质量成正比,请利用原有器材进行改进,在乙图的基础上完成改进后的电路原理图,并求出电压表示数U"与所称物体质量m的关系式。
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某些非电学量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电学量来测量的,一平行板电容器的两个极板竖直放置在光滑的水平平台上,极板的面积为S,极板间的距离为d,电容器的电容公式C=eS/d(e是常数但未知)。极板1固定不动,与周围绝缘,极板2接地,且可在水平平台上滑动,并始终与极板1保持平行,极板2的两个侧边与劲度系数为k、自然长度为L的两个完全相同的弹簧相连,两弹簧的另一端固定,弹簧L与电容器垂直,如图甲所示。如图乙所示是这一装置的应用示意图,先将电容器充电至电压为U后即与电源断开,再在极板2的右侧的整个表面上施以均匀向左的待测压强p,使两极板之间的距离发生微小的变化,测得此时电容器的电压改变量为△U,设作用在电容器极板2上的静电力不致引起弹簧可测量到的形变,求待测压强p。
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用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度,该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由压敏电阻组成的压力传感器。用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块,滑块可无摩擦滑动,两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出,现将该装置沿运动方向固定在汽车上,传感器b在前,传感器a在后。汽车静止时,传感器a、b的示数均为10 N(g取10m/s2)。
(1)若传感器a的示数为14 N,b的示数为6.0 N,求此时汽车的加速度大小和方向;
(2)当汽车以怎样的加速度运动时,传感器a的示数为零。
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电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大致相同。图甲为某种电热式电器的简化电路图,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S。
(1)当自动开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么状态?
(2)用电器由照明电路供电(U=220 V),设加热时用电器的电功率为400 W,保温时用电器的电功率为40 W,则R1和R2分别为多大?
(3)若将图甲中的自动开关S换成理想的晶体二极管D,如图乙所示,其他条件不变,求该用电器工作1小时消耗的电能。
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