Question

【題目】壓力傳感器種類很多，電子秤測力裝置所使用的電阻應變式壓力傳感器就是其中的一種，它能夠將被測量的壓力信號轉化成電壓信號．電阻應變式壓力傳感器的原理如圖1所示，金屬梁右端為固定端，左端為自由端，金屬梁的上、下表面各緊貼一塊相同的應變片，應變片結構如圖2所示，它主要是由基地、金屬電阻絲和引線等組成，電阻絲固定在基底上，當應變片被拉長時，金屬電阻絲同時被拉長，電阻絲的電阻變大，反之，當應變片把壓縮時，金屬電阻絲變短，電阻絲的電阻變小． 當自由端受到向下的壓力F時，金屬梁向下彎曲，上應變片被拉長，下應變片被壓縮，如果上、下金屬電阻絲有大小不變的電流I通過時．上應變片引線間兩端電壓為U1 ， 下應變片引線間兩端電壓為U2 ． 傳感器可以通過輸出兩個電壓的差值U（U=U1﹣U2）來反映壓力F的大小．

請回答下列問題：
（1）當應變片被拉長時，金屬電阻絲的電阻或變大，原因是 ．
（2）當金屬梁沒有受到壓力時，由于 ， 所以U1=U2 ， U=0．
（3）當金屬梁受力向下彎曲時，U1 ， U2 ． （選填“變大”、“變小”或“不變”）

Answer 1

【答案】
（1）電阻絲的長度變長，橫截面積變小導致電阻變大
（2）兩應變片的電阻相等，通過兩應變片的電流相等
（3）變大；變小
【解析】解：（1）當應變片被拉長時，電阻絲長度變大，橫截面積變小，所以電阻變大；（2）由題意可知，金屬梁的上、下表面的應變片完全相同，即兩應變片的電阻相同，且兩應變片串聯在電路中，所以通過兩應變片的電流相等，根據U=IR可知，上應變片引線間兩端電壓為U1和下應變片引線間兩端電壓為U2相等；即U1=U2 ， U=U1﹣U2=0；（3）當金屬梁受力向下彎曲時，上面金屬電阻絲長度變大，電阻變大，下面金屬電阻絲長度變短，電阻變小；由歐姆定律可知，電壓U=IR，電流一定時，電阻越大，導體，U1變大，U2變小．
故答案為：（1）電阻絲的長度變長，橫截面積變小導致電阻變大；（2）兩應變片的電阻相等，通過兩應變片的電流相等；（3）變大；變小．
（1）電阻的大小與導體的材料、長度、橫截面積及溫度有關，材料相同、橫截面積相同，導體越長，電阻越大；（2）根據串聯電路電流的特點結合U=IR分析，以U1=U2 ， U=0的原因；（3）外力F增大時，上面金屬電阻絲被拉伸，下面金屬電阻絲被壓縮，電阻絲長度發生變化，可知電阻的變化；在電流相同時，根據U=IR分析，電壓隨電阻的變化．