某項目化學習小組設計一個用于監(jiān)測CO濃度的安全斷路器,當裝置監(jiān)測到CO的濃度超過設定值時,安全斷路器就會自動拉開閘刀開關,切斷電路,保證安全。設計思路:如圖甲,裝置由控制電路部分(含電源、氣敏電阻R0、調試電阻R、電磁鐵E等)與機械傳動部分(含閘刀開關S2、輕質杠桿AB、配重C、鐵塊D、滑輪等)組成。工作原理是當控制電路中的電流超過設定值時,鐵塊D被電磁鐵E吸起,杠桿AB偏轉,帶動細繩拉開閘刀開關,自動切斷電路。
小組同學根據產品特點,設計了如下的評價表(節(jié)選)。
評價指標 |
優(yōu)秀 |
合格 |
待改進 |
指標一 |
能快速切斷電路,安全可靠 |
能切斷電路 |
不能切斷電路 |
指標二 |
有調節(jié)結構,調節(jié)方便 |
有調節(jié)結構,調節(jié)不便 |
無調節(jié)結構,不能調節(jié) |
(1)【方案論證】機械傳動裝置中,杠桿B端置于水平臺面上,使杠桿可以繞支點O逆時針轉動。小組同學在設計杠桿支點時,有以下方案:方案一AO:OB=3:1;方案二AO:OB=1:2;方案三AO:OB=1:1。針對評價表,要達到優(yōu)秀,應采用方案一,從杠桿角度分析其原因是
動力臂小于阻力臂,更省距離,在鐵塊D移動距離一定時,A端移動距離更大,更便于快速切斷電路
動力臂小于阻力臂,更省距離,在鐵塊D移動距離一定時,A端移動距離更大,更便于快速切斷電路
。
(2)【裝置測試】小組同學采用方案一進行測試,將0.21千克的鐵塊D固定在杠桿B端支架上,讓杠桿處于水平,電磁鐵E移至D的正上方,E對D的吸引力F
0與通過控制電路電流1的關系如表,氣敏電阻R
0的阻值與CO氣體濃度的關系如圖乙。已知電源電壓U為9伏,調試電阻R最大阻值為20歐,滑片P移到中點,閘刀開關剛好被拉開時所需的力F
1為0.4牛。若設定CO氣體濃度為24毫克/米
3時,開關拉開,則需取多大質量的配重C固定在A端支架上才符合設計要求。(電磁鐵的電阻和杠桿自重均忽略不計)
電流I(安) |
0 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
吸引力F0(牛) |
0 |
1.2 |
2.4 |
3.6 |
4.8 |
(3)【迭代升級】如果CO氣體濃度在20毫克/米
3就要將閘刀開關拉開,以下調整可以實現(xiàn)的有
DEF
DEF
。(可多選)
A.支點O向左移到適當位置
B.增加A、C間支架的高度
C.鐵塊D換為等質量的銅塊
D.適當提高電源電壓
E.適當增加電磁鐵的線圈匝數(shù)
F.調試電阻滑片P向上移到適當位置