精英家教網(wǎng)單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積叫做液體的體積流量(以下簡稱流量).由一種利用電磁原理測量非磁性導(dǎo)電液體(如自來水、啤酒等)流量的裝置,稱為電磁流量計(jì).它主要由將流量轉(zhuǎn)換為電壓信號的傳感器和顯示儀表兩部分組成.
傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示,圓筒形測量管內(nèi)壁絕緣,其上裝有一對電極a和c,a,c間的距離等于測量管內(nèi)徑D,測量管的軸線與a、c的連接放像以及通過電線圈產(chǎn)生的磁場方向三者相互垂直.當(dāng)導(dǎo)電液體流過測量管時(shí),在電極a、c的間出現(xiàn)感應(yīng)電東勢E,并通過與電極連接的儀表顯示出液體流量Q.設(shè)磁場均勻恒定,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.
(1)已知D=0.40m,B=2.5×10-3T,Q=0.12m3/s,設(shè)液體在測量管內(nèi)各處流速相同,試求E的大。é腥3.0)
(2)一新建供水站安裝了電磁流量計(jì),在向外供水時(shí)流量本應(yīng)顯示為正值.但實(shí)際顯示卻為負(fù)值.經(jīng)檢查,原因是誤將測量管接反了,既液體由測量管出水口流入,從如水口流出.因?yàn)橐鸭訅撼錆M管道.不便再將測量管拆下重裝,請你提出使顯示儀表的流量指示變?yōu)檎钡暮啽惴椒ǎ?br />(3)顯示儀表相當(dāng)于傳感器的負(fù)載電阻,其阻值記為R.a(chǎn)、c間導(dǎo)電液體的電阻r隨液體電阻率色變化而變化,從而會(huì)影響顯示儀表的示數(shù).試以E、R、r為參量,給出電極a、c間輸出電壓U的表達(dá)式,并說明怎樣可以降低液體電阻率變化對顯示儀表示數(shù)的影響.
分析:(1)導(dǎo)電液體通過測量管時(shí),相當(dāng)于長為D的導(dǎo)線做切割磁感線的運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢.
(2)在速度方向不變時(shí),改變磁場方向可改變感應(yīng)電動(dòng)勢的方向或改變顯示儀的兩極.
(3)根據(jù)歐姆定律推導(dǎo)電極a、c間輸出電壓U的表達(dá)式,并分析如何液體降低電阻率對U的影響.
解答:解:(1)導(dǎo)電液體通過測量管時(shí),相當(dāng)于導(dǎo)線做切割磁感線的運(yùn)動(dòng),在電極a、c 間切割感應(yīng)線的液柱長度為D,設(shè)液體的流速為v,
         則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為
                   E=BDv                               ①
         由流量的定義,有Q=Sv=
πD2
4
v
                   ②
         式聯(lián)立解得  E=BD
4Q
πD2
=
4BQ
πD

         代入數(shù)據(jù)得  E=
4×2.5×10-3×0.12
3×0.4
V=1.0×10-3V

(2)能使儀表顯示的流量變?yōu)檎档姆椒ê啽,合理即可,如?br />    改變通電線圈中電流的方向,是將磁場B反向,或?qū)鞲衅鬏敵龆藢φ{(diào)接入顯示儀表.
(3)傳感器的顯示儀表構(gòu)成閉合電路,有閉合電路歐姆定律I=
E
R+r
   U=IR=
RE
R+r
=
E
1+
r
R

    輸入顯示儀表測量的是a、c間的電壓U,流量示數(shù)和U一一對應(yīng),E 與液體電阻率無關(guān),而r隨電阻率的變化而變化,由③式可看出,r變化相應(yīng)的U也隨之變化.在實(shí)際流量不變的情況下,儀表顯示的流量示數(shù)會(huì)隨a、c間的電壓U的變化而變化,增大R,使R>>r,則U≈E,這樣就可以降低液體電阻率的變化對顯示儀表流量示數(shù)的影響.
答:(1)E的大小為1.0×10-3V.
    (2)使顯示儀表的流量指示變?yōu)檎钡暮啽惴椒▽⒋艌鯞反向,或?qū)鞲衅鬏敵龆藢φ{(diào)接入顯示儀表.
    (3)電極a、c間輸出電壓U的表達(dá)式為U=
RE
R+r
.增大R,使R>>r,U≈E,可以降低液體電阻率的變化對顯示儀表流量示數(shù)的影響.
點(diǎn)評:本題是理論聯(lián)系實(shí)際的問題,關(guān)鍵是建立模型:液體流過磁場相當(dāng)于導(dǎo)體切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,測量管相當(dāng)于電源,顯示儀相當(dāng)于外電路.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

圖為一電磁流量計(jì),它主要由將流量轉(zhuǎn)換為電壓信號的傳感器組成.傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示,圓筒形測量管內(nèi)壁絕緣,其上裝有一對電極a和c,a、c間的距離等于測量管內(nèi)徑D,測量管的軸線與a、c的連接方向以及通電線圈產(chǎn)生的磁場方向三者相互垂直.當(dāng)導(dǎo)電液體勻速流過測量管時(shí),在電極a、c間出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢,并通過與電極連接的儀表顯示出液體流量Q(單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積).設(shè)磁場均勻恒定,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.則a、c兩點(diǎn)電勢較高的點(diǎn)是
a
a
點(diǎn),a、c間感應(yīng)電動(dòng)勢E=
4BQ
πD
4BQ
πD

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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示是電磁流量計(jì)的示意圖.圓管由非磁性材料制成,空間有勻強(qiáng)磁場.當(dāng)管中的導(dǎo)電液體流過磁場區(qū)域時(shí),測出管壁上MN兩點(diǎn)的電動(dòng)勢E,就可以知道管中液體的流量Q--單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的液體的體積.已知管的直徑為d,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則關(guān)于Q的表達(dá)式正確的是( 。

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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示是電磁流量計(jì)的示意圖,圓管由非磁性材料,空間有勻強(qiáng)磁場,當(dāng)管中的導(dǎo)電液體流過磁場區(qū)域時(shí),測出管壁上MN兩點(diǎn)間的電勢差U,就可以知道管中液體的流量Q--單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的液體的體積.已知管的直徑為d,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則關(guān)于Q的表達(dá)式正確的是( 。
精英家教網(wǎng)
A、Q=
πdU
B
B、Q=
πdU
4B
C、Q=
πd2U
4B
D、Q=
πd2U
B

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科目:高中物理 來源: 題型:

精英家教網(wǎng)如圖所示是電磁流量計(jì)的示意圖,圓管由非磁性材料制成,空間有勻強(qiáng)磁場,當(dāng)管中的導(dǎo)電液體流過磁場區(qū)域時(shí),測出管壁上MN兩點(diǎn)的電勢差大小U,就可以知道管中的液體流量Q單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積,已知管的直徑為d,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則 關(guān)于Q的表達(dá)式正確的是
 

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