(2008全国初中应用物理知识竞赛复赛)小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R1、可变电阻器R2等器件设计了一...
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(2008全国初中应用物理知识竞赛复赛)小明利用实验室的电磁继电器、热敏电阻R可变电阻器R2等器件设计了一个恒温箱控制电路,如图1所示。其中“交流电源”是恒温箱加热器的电源(加热器在恒温箱内,图中未画出);R1处于恒温箱内,图2是小明通过实验测得的R1的阻值随温度变化的关系曲线;电磁继电器的电源两端电压U = 6 V,电磁继电器线圈的电阻可不计,通过实验测得当电流为30mA时,电磁继电器的衔铁被吸合。
(1).请简述此恒温箱的工作过程。
(2).为什么恒温箱的加热器应该接在A、B端,而不能接在C、D端?
(3).如果要使恒温箱内预设的温度可调节范围是90℃~150℃,可供选择的可变电阻器R2的电阻值有如下的几种:
A.0~100Ω B.0~200Ω C.0~1000Ω D.0~1500Ω
请问应选择哪一个可变电阻器?为什么?
(4).小明设计的这个控制电路,使用起来有何不足之处?请你提出一种解决的方案。
【回答】
解:(1).恒温箱温控系统是由交流电加热电路和直流控制电路组成,适当调节变阻器R2的阻值,利用热敏电阻R1的*能和阻值等使该系统能保*恒温箱的温度保持在预设的温度范围内。工作过程如下: 当恒温箱内的温度达到或者超过预设之最高温度时,热敏电阻R1的阻值下降,直流控制电路中电流增大,电磁继电器吸合衔铁,切断交流加热电路,恒温箱开始降温。当恒温箱内的温度低于预设之最低温度时,热敏电阻R1的阻值增大,直流控制电路中电流减小,电磁继电器释放衔铁,交流加热电路接通,恒温箱又开始升温。如此反复接通和断开交流加热电路,使恒温箱的温度保持在预设温度范围内。 (2).恒温箱的加热器应接在A、B端。这样温度高于预设最高温度时,电磁继电器的衔铁吸合,停止加热;而温度低于预设温度时,电磁继电器的衔铁断开,进行加热。这样才能实现温度控制。如果加热器在C、D两端,当温度高于预设温度时,R1的阻值减小,电磁继电器的衔铁吸合,加热器继续工作,温度将更高,这样就无法实现恒温控制.。 (3).电磁继电器吸合时的电流为30mA,则控制电路的总电阻为R总=R1+R2=200Ω, 控制90℃时,由曲线图可知,R1=50Ω,可变电阻值应为 R2=200Ω-50Ω=150Ω。 控制150℃时,由曲线图可知,R1=30Ω,可变电阻值应为 R2=200Ω-30Ω=170Ω 所以,要选一个能提供150Ω~170Ω阻值的可变电阻器,选择B即可满足上述阻值要求,又能便于调节,故选用B即可。 (4).小明设计的这个电路,从理论上讲控制的只是一个固定的温度值,这样使用时,就会出现恒温箱内温度在某一固定值附近时,电磁继电器频繁通断的现象,这对电磁继电器和加热器电路的使用寿命是十分不利的。为了解决这个问题,可以设想制造一种继电器,当已经达到了预设的温度时,继电器达到吸合电流值(如此题中的30mA),这种继电器可以延长一段时间或限时到规定时间才吸合,从而断开被控制电路。当低于预设的温度时,通过继电器的电流小于吸合电流值,这种继电器同样可以延长一段时间或限时到规定时间才释放衔铁。从而实现继电器和加热电路有一个较长的稳定工作状态,达到既能实现恒温控制又能延长使用寿命的目的。(说明:只要提出的设计合理,即可得分)
知识点:九年级下
题型:计算题
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