（2008全國初中應用物理知識競賽複賽）小明利用實驗室的電磁繼電器、熱敏電阻R1、可變電阻器R2等器件設計了一...

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問題詳情：

（2008全國初中應用物理知識競賽複賽）小明利用實驗室的電磁繼電器、熱敏電阻R可變電阻器R2等器件設計了一個恆温箱控制電路，如圖1所示。其中“交流電源”是恆温箱加熱器的電源（加熱器在恆温箱內，圖中未畫出）；R1處於恆温箱內，圖2是小明通過實驗測得的R1的阻值隨温度變化的關係曲線；電磁繼電器的電源兩端電壓U = 6 V，電磁繼電器線圈的電阻可不計，通過實驗測得當電流為30mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸合。

(1)．請簡述此恆温箱的工作過程。

(2)．為什麼恆温箱的加熱器應該接在A、B端，而不能接在C、D端？

(3)．如果要使恆温箱內預設的温度可調節範圍是90℃~150℃，可供選擇的可變電阻器R2的電阻值有如下的幾種：

A．0~100Ω B．0~200Ω C．0~1000Ω D．0~1500Ω

請問應選擇哪一個可變電阻器？為什麼？

(4)．小明設計的這個控制電路，使用起來有何不足之處？請你提出一種解決的方案。

【回答】

解：（1）．恆温箱温控系統是由交流電加熱電路和直流控制電路組成，適當調節變阻器R2的阻值，利用熱敏電阻R1的*能和阻值等使該系統能保*恆温箱的温度保持在預設的温度範圍內。工作過程如下：當恆温箱內的温度達到或者超過預設之最高温度時，熱敏電阻R1的阻值下降，直流控制電路中電流增大，電磁繼電器吸合銜鐵，切斷交流加熱電路，恆温箱開始降温。當恆温箱內的温度低於預設之最低温度時，熱敏電阻R1的阻值增大，直流控制電路中電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，交流加熱電路接通，恆温箱又開始升温。如此反覆接通和斷開交流加熱電路，使恆温箱的温度保持在預設温度範圍內。（2）．恆温箱的加熱器應接在A、B端。這樣温度高於預設最高温度時，電磁繼電器的銜鐵吸合，停止加熱；而温度低於預設温度時，電磁繼電器的銜鐵斷開，進行加熱。這樣才能實現温度控制。如果加熱器在C、D兩端，當温度高於預設温度時，R1的阻值減小，電磁繼電器的銜鐵吸合，加熱器繼續工作，温度將更高，這樣就無法實現恆温控制.。（3）．電磁繼電器吸合時的電流為30mA，則控制電路的總電阻為R總=R1+R2=200Ω，控制90℃時，由曲線圖可知，R1=50Ω，可變電阻值應為 R2=200Ω-50Ω=150Ω。控制150℃時，由曲線圖可知，R1=30Ω，可變電阻值應為 R2=200Ω-30Ω=170Ω 所以，要選一個能提供150Ω～170Ω阻值的可變電阻器，選擇B即可滿足上述阻值要求，又能便於調節，故選用B即可。（4）．小明設計的這個電路，從理論上講控制的只是一個固定的温度值，這樣使用時，就會出現恆温箱內温度在某一固定值附近時，電磁繼電器頻繁通斷的現象，這對電磁繼電器和加熱器電路的使用壽命是十分不利的。為了解決這個問題，可以設想製造一種繼電器，當已經達到了預設的温度時，繼電器達到吸合電流值（如此題中的30mA），這種繼電器可以延長一段時間或限時到規定時間才吸合，從而斷開被控制電路。當低於預設的温度時，通過繼電器的電流小於吸合電流值，這種繼電器同樣可以延長一段時間或限時到規定時間才釋放銜鐵。從而實現繼電器和加熱電路有一個較長的穩定工作狀態，達到既能實現恆温控制又能延長使用壽命的目的。（説明：只要提出的設計合理，即可得分）