2023新教材高中物理第五章傳感器水平測評新人教版選擇性必修第二冊_第1頁
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文檔簡介

第五章水平測評本試卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分,滿分100分,考試時間90分鐘。第Ⅰ卷(選擇題,共48分)一、選擇題(本題共12小題,每小題4分,共48分。在每個小題給出的四個選項中,第1~8小題,只有一個選項符合題意;第9~12小題,有多個選項符合題意,全部選對的得4分,選對而不全的得2分,錯選或不選的得0分)1.很多汽車的車窗有防夾手功能,車窗在關(guān)閉過程中碰到障礙時會停止并打開,實現(xiàn)該功能可能使用的傳感器是()A.生物傳感器B.氣體傳感器C.溫度傳感器D.壓力傳感器答案D解析汽車的車窗有防夾手功能,在關(guān)閉過程中碰到障礙時會停止并打開,這是因為使用了壓力傳感器,故D正確,A、B、C錯誤。2.下列有關(guān)傳感器的敘述中正確的是()A.自動門上安裝了紅外線傳感器,紅外線傳感器就是溫度傳感器B.干簧管是將磁感應強度轉(zhuǎn)換為電阻的一種元件C.與熱敏電阻相比,金屬熱電阻的靈敏度差,測溫范圍小D.壓電晶的敏感元件就是轉(zhuǎn)換元件答案D解析自動門上安裝了紅外線傳感器,紅外線傳感器是依靠物體發(fā)出的紅外線來工作的,與溫度傳感器不同,故A錯誤;干簧管能夠感知磁場,相當于開關(guān),故B錯誤;與熱敏電阻相比,金屬熱電阻的靈敏度差,測溫范圍大,故C錯誤;壓電晶的敏感元件同時兼為轉(zhuǎn)換元件,故D正確。3.傳感器在日常生活中的應用越來越廣泛,溫度傳感器(實質(zhì)是自動開關(guān))是其中的一種,某一食品消毒柜就是利用溫度傳感器來自動控制電路的。常溫下,該溫度傳感器是閉合的,當溫度達到某一設定值時,傳感器自動斷開,從而切斷整個電路。下列關(guān)于該消毒柜的幾種電路圖中(圖中S為電源開關(guān)),連接正確的是()答案A解析選項B、C、D的電路中,溫度升高到設定值時,傳感器會斷開,但整個電路不會斷開,選項A的電路中,電源開關(guān)S閉合后,消毒柜開始工作,當溫度達到設定值時,傳感器自動斷開,整個電路也斷開,A正確。4.有一種自動恒溫的電烤箱,其溫度控制電路如圖所示,控制的核心是一密封智能開關(guān),內(nèi)部結(jié)構(gòu)不明,它有四個接線柱。a、b之間接的是兩個相同的加熱電阻R與220V電源,c、d之間接有一個叫作“水銀接點溫度計”的溫控組件,它比普通水銀溫度計多出了兩個電極,溫度升高時,水銀膨脹,將兩個電極接通;溫度降低時,水銀收縮,將兩個電極斷開。該智能開關(guān)會根據(jù)“水銀接點溫度計”的通斷自動控制R的發(fā)熱功率,穩(wěn)定烤箱內(nèi)的溫度,用Uab表示a、b兩點間的電壓,UAb表示A、b兩點間的電壓,以下說法可能正確的是()A.當水銀接點溫度計接點接通時,Uab=220V,UAb=110VB.當水銀接點溫度計接點接通時,Uab=220V,UAb=220VC.當水銀接點溫度計接點斷開時,Uab=0,UAb=220VD.當水銀接點溫度計接點斷開時,Uab=0,UAb=0V答案B解析由題意知,當溫度升高使溫度計接點接通時,電路斷開,停止加熱,故電路中的電流為零,Uab=220V,UAb=220V,A錯誤,B正確;當溫度降低使溫度計接點斷開時,電路接通,開始加熱,由于兩加熱電阻相同且串聯(lián),故每個電阻兩端的電壓均為110V,Uab=0,UAb=110V,C、D錯誤。5.如圖所示,R3是光敏電阻,R是負溫度系數(shù)的熱敏電阻(溫度升高電阻減小),R1、R2是兩個定值電阻,電源的內(nèi)電阻忽略不計。室溫下開關(guān)S閉合后,在沒有光照射時a、b兩點等電勢。則()A.當只用光照射電阻R3時,a點電勢高于b點電勢B.當只用光照射電阻R3時,a點電勢低于b點電勢C.當只對電阻R加熱時,a點電勢高于b點電勢D.a(chǎn)點電勢一定等于b點電勢,與光是否照射R3和是否加熱R無關(guān)答案A解析由于電源的內(nèi)電阻忽略不計,R1、R2是兩個定值電阻,所以b點的電勢不發(fā)生變化。當只用光照射電阻R3時,其電阻變小,所分得的電壓變小,所以a點的電勢升高,a點電勢高于b點電勢,A正確,B錯誤;當只對電阻R加熱時,由于其電阻減小,所以分得的電壓減小,所以a點的電勢降低,a點電勢低于b點電勢,C錯誤;綜上所述,D錯誤。6.如圖所示為某電容式話筒的原理示意圖。Q為絕緣支架,薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器,被直流電源充電。對著話筒說話時,M振動而N可視為不動。下列說法正確的是()A.該話筒的傳感器是薄金屬膜MB.傳感器的敏感元件是M、N組成的電容器C.M、N間的電壓始終等于電源電壓D.傳感器將聲波信號轉(zhuǎn)換為電容器的電容答案D解析該話筒的傳感器是M、N組成的電容器,傳感器的敏感元件是薄金屬膜M,傳感器將聲波信號轉(zhuǎn)換為電容器的電容,A、B錯誤,D正確。話筒工作過程中,電容器的電容不斷變化,電路中有充、放電電流,M、N間的電壓不始終等于電源電壓,C錯誤。7.實際應用中,常用到一種雙金屬溫度計,它是利用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理制成的,如圖乙所示。已知圖甲中雙金屬片被加熱時,其彎曲程度會增大,則下列敘述中不正確的是()A.該溫度計的測溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬B.該溫度計是利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的C.由圖甲可知,銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù)D.由圖乙可知,其雙金屬片的內(nèi)層一定為銅,外層一定為鐵答案D解析由題可知,該溫度計的測溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬,雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化而變化,故該溫度計是利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的,A、B正確;如題圖甲所示,加熱時雙金屬片的彎曲程度增大,即進一步向上彎曲,說明雙金屬片下層熱膨脹系數(shù)較大,即銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù),C正確;如題圖乙所示,溫度計示數(shù)沿順時針方向增大,說明當溫度升高時,溫度計指針按順時針方向轉(zhuǎn)動,則其雙金屬片的彎曲程度在增大,故可知雙金屬片的內(nèi)層一定是鐵,外層一定是銅,D錯誤。8.如圖是煤氣泄漏報警裝置原理圖,R1是對煤氣敏感的半導體元件,其電阻隨煤氣濃度的升高而減小,R2是一可變電阻,在a、c間接12V的恒定電壓,當煤氣濃度升高到一定值時報警器發(fā)出警告,則()A.減小R2的阻值,b點的電勢升高B.當煤氣的濃度升高時,b點的電勢降低C.適當減小a、c間的電壓,可以提高報警器的靈敏度D.調(diào)節(jié)R2的阻值能改變報警器啟動時煤氣濃度的臨界值答案D解析由電路圖可以知道,R1與R2串聯(lián),b、c之間的電壓等于可變電阻R2兩端的電壓,Ubc=IR2=eq\f(E,R1+R2)R2=eq\f(E,\f(R1,R2)+1),則當減小R2的阻值時,b點的電勢降低,A錯誤;當煤氣的濃度升高時,R1的阻值減小,根據(jù)電路知識可知b、c之間的電壓升高,所以b點電勢升高,B錯誤;Ubc即加在三極管基極b上的電壓,它的大小決定了三極管是否導通,從而決定了報警器是否報警,所以要提高報警器的靈敏度,即煤氣濃度更低、R1更大時,Ubc就達到了使三極管導通的臨界值U0。由分壓關(guān)系可知,可以采用的方法有:增大電源的電動勢(a、c之間的電壓)、增大可變電阻R2的阻值,故C錯誤,D正確。9.計算機光驅(qū)的主要部分是激光頭,它可以發(fā)射脈沖激光信號,激光掃描光盤信息時,激光頭利用光敏電阻自動計數(shù)器將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng),再通過計算機顯示出相應信息。光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖如圖所示,其中R1為光敏電阻,R2為定值電阻,此光電計數(shù)器的基本工作原理是()A.當有光照射R1時,信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B.當有光照射R1時,信號處理系統(tǒng)獲得低電壓C.信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次D.信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次答案AD解析由題知,R1與R2串聯(lián)在電路中,當有光照射R1時,R1的阻值減小、電路的總電阻R總減小,電源電動勢不變,由閉合電路歐姆定律I=eq\f(E,R總)可知,電路中的電流增大,因R2是定值電阻,U2=IR2,因此R2兩端電壓增大,信號處理系統(tǒng)獲得高電壓,A正確,B錯誤;當有光照射時,R2兩端電壓增大,所以信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次,C錯誤,D正確。10.電子眼系統(tǒng)通過路面下埋設的感應線來感知汽車的壓力。感應線是一個壓電薄膜傳感器,壓電薄膜在受壓時兩端產(chǎn)生電壓,壓力越大電壓越大,壓電薄膜與電容器C、電阻R組成圖甲所示的回路。紅燈亮時,如果汽車的前、后輪先后經(jīng)過感應線,回路中產(chǎn)生兩脈沖電流,如圖乙所示,即視為“闖紅燈”,電子眼拍照,則紅燈亮時()A.車輪停在感應線上時,電阻R上有恒定電流B.車輪經(jīng)過感應線的過程中,電容器先充電后放電C.車輪經(jīng)過感應線的過程中,電阻R上的電流先增大后減小D.汽車前輪剛越過感應線,又倒回到線內(nèi),仍會被電子眼拍照答案BD解析車輪停在感應線上時,壓力不變,則電壓不變,電容器不充電也不放電,電阻R上沒有電流,A錯誤;由題圖乙可知,當車輪經(jīng)過感應線的過程中,電流先增大后減小,然后再反向增大減小,故電容器先充電后放電,B正確,C錯誤;若汽車前輪越過感應線,又倒回線內(nèi),則前輪兩次壓線,仍形成兩個脈沖電流,符合拍照條件,汽車仍被電子眼拍照,D正確。11.如圖所示的火警報警裝置,R1為熱敏電阻,若溫度升高,則R1的阻值會急劇減小,從而引起電鈴兩端的電壓增大,當電鈴兩端的電壓達到一定值時,電鈴會響。下列說法正確的是()A.要使報警的臨界溫度升高,可以適當增大電源的電動勢B.要使報警的臨界溫度降低,可以適當增大電源的電動勢C.要使報警的臨界溫度升高,可以把R2的滑片P適當向下移D.要使報警的臨界溫度降低,可以把R2的滑片P適當向下移答案BD解析若報警的臨界溫度升高,R1對應的阻值減小,電路中電流會增大,電鈴兩端的電壓會增大,而電鈴兩端的電壓達到一定值時,電鈴就會響。要使電鈴的電壓仍為原來的值,可以適當減小電源的電動勢;或把R2的滑片P適當向上移,以減小R2的阻值。相反,要使報警的臨界溫度降低,可以適當增大電源的電動勢,或把R2的滑片P適當向下移。故B、D正確,A、C錯誤。12.如圖所示為一種微小位移傳感器的原理圖。1是待測物體,軟鐵芯2插在線圈3中并且可以隨著物體1在線圈中平移,Y為頻率一定的正弦交流信號源,A為交流電流表?,F(xiàn)將開關(guān)S閉合,下列說法正確的是()A.該傳感器可以將待測物體位移的變化量轉(zhuǎn)換成電路中電流的變化量B.若待測物體向右平移,交流電流表的示數(shù)將減小C.若待測物體向左平移,交流電流表的示數(shù)將減小D.若將信號源換成電壓一定的直流電源,該傳感器仍可測量出待測物體位移的變化量答案AC解析線圈對交流電有阻礙作用,在其他條件不變的情況下,線圈自感系數(shù)越大其感抗也越大,待測物體的位移變化會引起線圈自感系數(shù)變化從而使得電路中的電流變化,所以該傳感器將待測物體位移的變化量轉(zhuǎn)換成電路中電流的變化量,A正確;當待測物體向右平移時,線圈中軟鐵芯的插入深度減小,線圈自感系數(shù)減小,感抗減小,交流電流表的示數(shù)將增大,當待測物體向左平移時,交流電流表的示數(shù)將減小,B錯誤,C正確;由于線圈對直流電的阻礙作用不隨線圈自感系數(shù)的變化而變化,所以若將信號源換成電壓一定的直流電源時,該傳感器不能工作,D錯誤。第Ⅱ卷(非選擇題,共52分)二、實驗題(本題共4小題,共40分)13.(8分)(1)如圖甲為斯密特觸發(fā)器的符號,當加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值(1.6V)時,輸出端Y會突然從高電平跳到低電平(0.25V),而當輸入端A的電壓下降到另一個值的時候(0.8V),Y會從低電平跳到高電平(3.4V)。如圖乙、丙是某同學設計的兩個電路圖。圖中R1是可調(diào)電阻,RT是熱敏電阻,其阻值會隨溫度的升高而減小。能作為溫度報警器的電路圖是______(填“乙”或“丙”)。(2)把蜂鳴器、光敏電阻、干簧管繼電器、開關(guān)、電源按如圖所示電路連接,制成光電報警裝置。當有光照射報警裝置且光照不是很弱時,蜂鳴器發(fā)聲,當沒有光照或者光照很弱時,蜂鳴器不發(fā)聲。①光敏電阻:受光照射后,阻值會變?。虎诟苫晒芾^電器:由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成,當線圈中有一定的電流時,線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片磁化,兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài);當線圈中沒有電流或者電流很微弱時,磁場消失,簧片在彈力的作用下恢復到分離狀態(tài)。請用筆畫線將下面的電路完整連接好。答案(1)乙(2)圖見解析解析(1)溫度升高時,熱敏電阻阻值減小,其兩端電壓減小,題圖乙中,斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓升高,輸出端Y跳到低電平,蜂鳴器兩端電壓增大,蜂鳴器報警;而題圖丙中,溫度升高時,熱敏電阻兩端電壓減小,斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓降低,輸出端Y跳到高電平,蜂鳴器兩端電壓減小,蜂鳴器不工作。故能作為溫度報警器的電路圖是乙。(2)如圖所示,當有光照且光照不是很弱時,光敏電阻的阻值變小,使得干簧管繼電器線圈中有較大的電流,從而產(chǎn)生磁場,導致兩個鐵質(zhì)簧片閉合,使得蜂鳴器發(fā)聲;當沒有光照或光照很弱時,光敏電阻的阻值變大,干簧管繼電器線圈中的電流很微弱,磁場消失,兩簧片分離,蜂鳴器不發(fā)聲。故光敏電阻和干簧管繼電器串聯(lián)組成控制電路,電路如圖所示:14.(10分)溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學量變化的裝置,它通過測量傳感器元件的電學量隨溫度的變化來實現(xiàn)溫度的測量,其核心部件是由半導體材料制成的熱敏電阻。在某次實驗中,為了測量熱敏電阻RT在0℃到100℃之間多個溫度下的阻值,一實驗小組設計了如圖甲所示電路。其實驗步驟如下:①正確連接電路,在保溫容器中加入適量開水;②加入適量的冰水,待溫度穩(wěn)定后,測量不同溫度下熱敏電阻的阻值;③重復第②步操作若干次,測得多組數(shù)據(jù)。(1)該小組用多用電表“×100”擋測熱敏電阻在100℃時的阻值,發(fā)現(xiàn)表頭指針偏轉(zhuǎn)的角度很大,為了準確地進行測量,應換到________擋(選填“×10”或“×1k”);如果換擋后就用表筆連接熱敏電阻進行讀數(shù),那么欠缺的實驗步驟是________;補上該步驟后,表盤的示數(shù)如圖乙所示,則它的電阻是________Ω。實驗小組測得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值,并據(jù)此繪得圖丙的RT-t關(guān)系圖線,取電阻的單位為“Ω”,溫度的單位為“℃”。請根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻阻值與溫度的數(shù)值關(guān)系式:________。(2)若把該熱敏電阻與電源(電動勢E=1.5V,內(nèi)阻不計)、電流表(量程為5mA,內(nèi)阻Rg=100Ω)、電阻箱R0串聯(lián)起來,連成如圖丁所示的電路,用該電阻作測溫探頭,把電流表的電流刻度改為相應的溫度刻度,就得到了一個簡單的“熱敏電阻測溫計”。①電流表刻度較大處對應的溫度刻度應該________(填“較大”或“較小”);②若電阻箱的阻值取R0=220Ω,則電流表3mA處所對應的溫度刻度為________℃。答案(1)“×10”歐姆調(diào)零200RT=100+t(2)①較?、?0解析(1)用多用電表的“×100”倍率的擋位測熱敏電阻的阻值,發(fā)現(xiàn)表頭指針偏轉(zhuǎn)的角度很大,說明電阻較小,應換小倍率的擋位,即應換到“×10”擋;換擋后,需重新進行歐姆調(diào)零;由題圖乙知電阻的阻值為20×10Ω=200Ω;從題圖丙中取相距較遠的兩點,代入RT=R0+kt,計算得R0=100Ω,k=1,故取電阻的單位為“Ω”,溫度的單位為“℃”,則該熱敏電阻阻值與溫度的數(shù)值關(guān)系式為:RT=100+t。(2)①由閉合電路歐姆定律有:E=I(RT+R0+Rg),可知電路中電流越大則熱敏電阻阻值越??;由題圖丙可知,熱敏電阻阻值越小則溫度越低,即電流表刻度較大處對應的溫度刻度應該較小;②若電阻箱的阻值R0=220Ω,電流表示數(shù)I′=3mA,代入E=I′(RT+R0+Rg),可解得熱敏電阻的阻值RT=180Ω;又由熱敏電阻阻值與溫度的數(shù)值關(guān)系式RT=t+100,知此時對應的溫度為80℃。15.(10分)用壓敏電阻可制成壓力傳感器,它受到的壓力越大,輸出的電壓就越大,用它可以對汽車稱重。經(jīng)實測,某壓力傳感器輸出電壓與壓力的關(guān)系如下表:壓力/×105N01.22.43.64.86.0輸出電壓/V01.02.03.04.05.0將該壓力傳感器水平放置,并和電阻箱R′(最大電阻999.9Ω)及部分其他器材組成了圖a所示的電路,閉合開關(guān)S,當線圈中的電流I≥20mA時,電磁繼電器的銜鐵被吸合。已知繼電器線圈的電阻為25Ω,繼電器控制電路的電壓由傳感器的輸出電壓U提供。(假設U不受繼電器電路影響)(1)根據(jù)表格中數(shù)據(jù),請在圖b給定的坐標系中描繪出壓力傳感器的輸出電壓隨壓力變化的圖像。(2)當壓力增加到一定程度時,電鈴報警,說明汽車超載,則圖甲中電鈴應接在________(選填“A、B”或“C、D”)兩端。(3)為使車重G≥3.0×105N時啟動報警系統(tǒng),則電阻箱R′的電阻應調(diào)節(jié)到________Ω。(4)通過調(diào)整電阻箱R′的阻值,可以調(diào)整報警車重,能使該裝置報警的最小車重為________N。答案(1)圖見解析(2)C、D(3)100(4)6.0×104解析(1)橫坐標表示壓力,縱坐標表示輸出電壓,對應表中數(shù)據(jù),繪制圖像如下:(2)當壓力增大到一定程度時,壓力傳感器輸出電壓達到一定數(shù)值,線圈中的電流大于或等于20mA時,電磁繼電器的銜鐵被吸合,C、D間的電路就會被接通,電鈴報警,因此電鈴應接在C、D之間。(3)從圖中可知當FN=3.0×105N時壓力傳感器的輸出電壓U=2.5V,而使得電磁繼電器的銜鐵被吸合的最小電流為20mA,故當電路中電流為20mA時,電路總電阻R總=eq\f(2.5,0.02)Ω=125Ω,所以電阻箱接入電路的阻值R′=R總-R線=125Ω-25Ω=100Ω。(4)當報警車重最小時輸出電壓最小,根據(jù)U=I(R′+R線),可知此時R′=0,電壓加在線圈兩端,壓力傳感器輸出電壓的最小值為U最?。絀R線=0.02×25V=0.5V,由輸出電壓—壓力圖像可知,輸出電壓為0.5V時,對應的壓力為6.0×104N,即能使該裝置報警的最小車重為6.0×104N。16.(12分)國家有關(guān)酒駕的裁量標準如下:駕駛員血液酒精含量≥20mg/100mL,≤80mg/100mL>80mg/100mL行為定性飲酒駕駛醉酒駕駛酒精檢測儀是交警執(zhí)法時通過呼氣來檢測司機飲酒多少的檢測工具?,F(xiàn)有一個酒精檢測儀的主要元件“酒精氣體傳感器”,其阻值隨氣體酒精濃度變化的情況如下表。R(Ω)6040302010氣體酒精濃度(mg/m3)05090140360(1)請根據(jù)上表數(shù)據(jù)在圖中描繪出“R-氣體酒精濃度”的關(guān)系曲線。(2)已知人體血液酒精濃度是所呼出氣體酒精濃度的2200倍。若某司機小明經(jīng)過氣體酒精濃度測試,顯示呼氣酒精濃度為120mg/m3,則司機小明應該是屬于________駕駛,此時R的阻值為________Ω。(3)現(xiàn)有一個電源,電動勢為4.5V,內(nèi)阻約為1Ω;電壓表V,量程為3V,內(nèi)阻約為2000Ω;電流表A,量程為3A,內(nèi)阻約為5Ω;滑動變阻器R1,阻值0~50Ω;滑動變阻器R2,阻值0~500Ω;開關(guān)、導線若干。若要用以上器材和上述“酒精氣體傳感器”組成一個測定氣體酒精濃度的電路。該電路只使用一個電表,且正常工作時,被測氣體酒精濃度若為0,則電表指針滿偏。且該電路可以在電源老化,內(nèi)阻變大的情況下,通過調(diào)節(jié)變阻器,保證被測氣體酒精濃度為0時,電表指針仍能滿偏。則該電路應選用的電表是________(填字母代號,下同),應選用的滑動變阻器是________。請在虛線框中完成設計電路圖。答案(1)圖見解析(2)飲酒24(22~26均可)(3)VR1圖見解析解析(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描繪出“R-氣體酒精濃度”的關(guān)系曲線如圖:(2)司機小明經(jīng)過氣體酒精濃度測試,顯示呼氣酒精濃度為120mg/m3=eq\f(120mg,106mL)=eq\f(12mg,105mL),人體血液酒精濃度為2200×eq\f(12mg,105mL)=eq\f(26.4mg,100mL),由裁量標準可知司機小明屬于飲酒駕駛;由圖線可知,此時R的阻值為24Ω。(3)要求氣體酒精濃度為0時電表示數(shù)最大,即電路的總電阻最大時電表示數(shù)最大,則電表只能選用電壓表V,且并聯(lián)在傳感器兩

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