Question

15．压力传感器种类很多，电子秤测力装置所使用的电阻应变式压力传感器就是其中的一种，它能够将被测量的压力信号转化成电压信号．电阻应变式压力传感器的原理如图1所示，金属梁右端为固定端，左端为自由端，金属梁的上、下表面各紧贴一块相同的应变片，应变片结构如图2所示，它主要是由基地、金属电阻丝和引线等组成，电阻丝固定在基底上，当应变片被拉长时，金属电阻丝同时被拉长，电阻丝的电阻变大，反之，当应变片把压缩时，金属电阻丝变短，电阻丝的电阻变小．
当自由端受到向下的压力F时，金属梁向下弯曲，上应变片被拉长，下应变片被压缩，如果上、下金属电阻丝有大小不变的电流I通过时．上应变片引线间两端电压为U₁，下应变片引线间两端电压为U₂．传感器可以通过输出两个电压的差值U（U=U₁-U₂）来反映压力F的大小．

请回答下列问题：
（1）当应变片被拉长时，金属电阻丝的电阻或变大，原因是电阻丝的长度变长，横截面积变小导致电阻变大．
（2）当金属梁没有受到压力时，由于两应变片的电阻相等，通过两应变片的电流相等，所以U₁=U₂，U=0．
（3）当金属梁受力向下弯曲时，U₁变大，U₂变小．（选填“变大”、“变小”或“不变”）

Answer 1

分析 （1）电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积及温度有关，材料相同、横截面积相同，导体越长，电阻越大；
（2）根据串联电路电流的特点结合U=IR分析，以U₁=U₂，U=0的原因；
（3）外力F增大时，上面金属电阻丝被拉伸，下面金属电阻丝被压缩，电阻丝长度发生变化，可知电阻的变化；在电流相同时，根据U=IR分析，电压随电阻的变化．

解答 解：
（1）当应变片被拉长时，电阻丝长度变大，横截面积变小，所以电阻变大；
（2）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；
（3）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．
故答案为：（1）电阻丝的长度变长，横截面积变小导致电阻变大；（2）两应变片的电阻相等，通过两应变片的电流相等；（3）变大；变小．

点评 本题考查欧姆定律的应用和影响电阻大小的因素，关键知道影响电阻大小的因素是导体的材料、长度、横截面积和温度，难点是根据题目所给信息结合我们所学知识解题．