专题三 电阻应变式传感器与热电阻传感器（教案）-山东省职教高考《传感器及应用》（高教版）专题复习讲练测

专题三 电阻应变式传感器与热电阻传感器（教案）-《传感器及应用》高教版-专题复习讲练测 [考纲要求] 1.能够理解和描述电阻应变式传感器和热电阻传感器的工作原理及其应用。 2.掌握应变片的类型、特点以及正确的粘贴方法。 3.理解测量转换电路的设计和功能，能够解释电信号转换的过程。 4.熟悉热电阻传感器的温度补偿原理和实际应用，理解温度对测量结果的影响及如何补偿。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 重点一 应变效应 导体或半导体材料在外界力作用下产生机械变形，其电阻值发生变化的现象称为应变效应。电阻应变片就是利用这一现象而制成的。用应变片测试时，将应变片粘贴在试件表面，当试件受力变形后，应变片上的电阻丝也随之变形，从而使应变片电阻值发生变化，再通过测量转换电路转换成电压或电流的变化。 图 2-1 所示是电阻丝应变片结构示意图。它覆盖层是用直径约为0.025 mm的具有高电阻率的电阻丝基片制成的。为了获得高的电阻值，电阻丝排成栅网状，并粘贴在绝缘基片上，线栅上面粘贴有覆盖层(保护用)，电阻丝两端焊有引出线。 重点二 应变片的种类、结构与粘贴 1.应变片的结构类型 应变片可分为金属应变片和半导体应变片。前者可分为金属丝式、箔式、薄膜式三种，图2-2 为几种不同类型的电阻应变片。 金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。 2.应变片的粘贴 （1）应变片是通过粘合剂粘贴到试件上的，粘合剂的种类很多，选用时要根据基片材料、工作温度、潮湿程度、稳定性、粘贴时间，是否加温加压等多种因素合理选择粘合剂。 （2）应变处的粘贴质量直接影响应变测量的精度，必须十分注意。应变片的粘贴工艺包括:试件贴片处的表面处理、贴片位置的确定、应变片的粘贴、固化等。 （3）应变片引出线的选择取决于电阻率的大小、焊接方便程度、可靠性及耐腐蚀性。引出线一般多是直径为 0.15 ~0.3 mm 的镀锡软铜线。使用时，应变片粘贴连接好后，常把引出线与连线电缆用胶布固定起来，以防止导体摆动时折断应变片引线，然后在应变片上涂一层防护层，以防止大气对应变片的侵蚀，保证应变片长期工作的稳定性。 应变片主要技术参数 重点三 热电阻的主要技术性能 热电阻主要是利用电阻随温度变化而变化这一特性来测量温度的。 重点四 热敏电阻 热敏电阻是近年来出现的一种新型半导体测温元件。一般按温度系数可分为负温度系数热敏电阻(NTC)、正温度系数热敏电阻 (PTC) 和临界温度系数热敏电阻 (CTR)。这三类热敏电阻的电阻率p与温度的变化曲线如图 2-11 所示。从图中可以看出，这些曲线都呈非线性。NTC 热敏电阻生产最早，最成熟，使用范围广。最常见的是由金属氧化物组成的，如锰钻、铁、镍、铜等中的两三种氧化物混合烧结而成。PTC 热敏电阻最常用的是在铁酸陶瓷中加人施主杂质，以增大电阻温度系数。CTR 热敏电阻是一种具有开关特性的负温度系数热敏电阻，当外界温度达到阻值急剧转变温度时，引起半导体与金属之间的相变，利用这种特性可制成热保护开关。 热敏电阻除按温度系数区分外，还有以下三种分类方法:按结构形式可分为体型、薄膜型、厚膜型三种;按工作方式可分为直热式、旁热式、延迟电路三种;按工作温度区可分为常温区 (-60 C200 C)、高温区 (>200 C)、低温区热敏电阻。热敏电阻可根据使用要求封装加工成各种形状，如珠状、片状、杆状、锥状、针状等的探头，如图 2-12 所示。 [真题练讲] 1.(2020年山东省统一考试) 金属热电阻传感器在以下哪个方面具有优势？ A. 响应速度快 B. 成本低廉 C. 精度高 D. 可调性强 答案与解析：C. 精度高 解析：金属热电阻传感器因其响应快速且稳定性高，通常具有较高的测量精度。 2.(2018年山西省统一考试)应变片的粘贴质量影响传感器的哪些性能？ A. 响应速度 B. 安全性 C. 精度和灵敏度 D. 耐用性 答案与解析：C. 精度和灵敏度 解析：应变片的粘贴质量直接影响到传感器的测量精度和灵敏度，影响其在测量中的准确性和稳定性。 3.(2019年湖南省统一考试)电阻应变式传感器的灵敏度受哪些因素影响？ A. 温度和湿度 B. 应变量大小和应变片的安装位置 C. 材料的硬度和颜色 D. 磁场和电场的影响 答案与解析：B. 应变量大小和应变片的安装位置 解析：电阻应变式传感器的灵敏度受到应变量的大小以及应变片安装位置的影响，这些因素直接影响传感器的输出信号强度和精确度。 4.(2022年山东省统一考试)热电阻传感器在不同温度下的电阻变化通常具有什么特性？ A. 非线性变化 B. 指数型变化 C. 线性变化 D. 不规则变化 答案与解析：C. 线性变化 解析：热电阻传感器的电阻随温度的变化通常是线性变化的，这使得其在广泛的温度范围内能够提供较为准确的测量结果。 5.(2020年山东省统一考试)电阻应变式传感器可以直接测量哪种物理量？ A. 电压 B. 电流 C. 重量 D. 光强度 答案与解析：C. 重量 解析：电阻应变式传感器可以直接测量施加在其上的力，从而计算出物体的重量。 [限时练讲] 1.电阻应变式传感器主要用于测量以下哪种物理量？ A. 温度 B. 压力 C. 光强度 D. 频率 答案与解析：B. 压力 解析：电阻应变式传感器主要利用应变效应来测量力、压力、扭矩和重量等力学量。 2.以下哪种应变片结构更适合用于高精度测量？ A. 薄膜式应变片 B. 网格式应变片 C. 光纤应变片 D. 弹性波片 答案与解析：A. 薄膜式应变片 解析：薄膜式应变片由于其较小的厚度和高灵敏度，常用于需要高精度的测量场合。 3.电阻应变式传感器的转换电路通常将应变量转换为哪种电信号？ A. 电阻信号 B. 电压或电流信号 C. 频率信号 D. 光信号 答案与解析：B. 电压或电流信号 解析：电阻应变式传感器的转换电路通常将应变片的应变量转换为电压或电流信号，便于后续电子设备处理和分析。 4.以下哪项不是温度补偿在热电阻传感器中的作用？ A. 提高测量精度 B. 减少温度变化对测量结果的影响 C. 增加传感器的响应速度 D. 确保测量结果的稳定性 答案与解析：C. 增加传感器的响应速度 解析：温度补偿主要目的是减少温度变化对热电阻传感器测量精度的影响，提高测量结果的稳定性和准确性。 5.电阻应变式传感器常用于以下哪些测量应用？ A. 温度和湿度 B. 频率和速度 C. 力和扭矩 D. 光强度和电压 答案与解析：C. 力和扭矩 解析：电阻应变式传感器适用于测量力和扭矩，因其对微小变形非常敏感，适合这类精密测量。 6.半导体热电阻传感器主要用于以下哪种应用？ A. 力的测量 B. 温度的测量 C. 光的测量 D. 速度的测量 答案与解析：B. 温度的测量 解析：半导体热电阻传感器主要利用半导体材料的电阻随温度变化的特性来测量温度。 7.以下哪种传感器主要基于热电效应工作？ A. 压力传感器 B. 热电阻传感器 C. 光电传感器 D. 超声波传感器 答案与解析：B. 热电阻传感器 解析：热电阻传感器主要利用材料的电阻随温度变化而变化来测量温度，属于热电效应传感器的一种。 8.电阻应变式传感器的工作原理是什么？ 解析： 电阻应变式传感器利用应变效应，即物体在受力作用下会产生微小的形变或应变，从而改变其电阻值。这种电阻值的变化与物体所受力的大小成正比，因此可以通过测量电阻值的变化来间接测量受力的大小。 9.应变片的主要结构类型有哪些？简要描述它们的特点和适用场景。 解析： 应变片的主要结构类型包括片式应变片和网格式应变片。片式应变片由金属箔片组成，适用于小应变测量和高灵敏度要求；网格式应变片由细金属丝编织而成，适用于大应变测量和较高的强度要求。 10.温度补偿在热电阻传感器中的作用是什么？ 解析： 温度补偿是为了减少温度变化对热电阻传感器测量精度的影响。通过使用温度补偿技术，可以校正热电阻传感器在不同温度下的电阻值变化，从而确保测量结果的准确性和稳定性。 11.电阻应变式传感器在哪些领域应用较为广泛？举例说明其应用场景。 解析： 电阻应变式传感器广泛应用于力和扭矩测量领域，例如在工业机械中用于测量机械零件的扭矩，或在汽车工业中用于测量车轮所受的力和扭矩。 12.热电阻传感器与热敏电阻传感器有何主要区别？ 解析： 热电阻传感器利用金属或陶瓷材料的电阻随温度变化的线性特性来测量温度，例如常用的铂热电阻；而热敏电阻传感器则是利用半导体材料电阻随温度非线性变化的特性来测量温度，例如NTC（负温度系数）热敏电阻。 [学法建议] 重点复习知识点： 1. 应变效应：导体或半导体材料在外界力作用下产生机械变形，其电阻值发生变化的现象称为应变效应。 2.应变片的结构类型：应变片可分为金属应变片和半导体应变片。前者可分为金属丝式、箔式、薄膜式三种。 3.热敏电阻：热敏电阻是近年来出现的一种新型半导体测温元件。一般按温度系数可分为负温度系数热敏电阻(NTC)、正温度系数热敏电阻 (PTC) 和临界温度系数热敏电阻 (CTR)。 4.半导体热电阻传感器：热敏电阻传感器应用范围广，具有尺寸小、响应速度快、灵敏度高等优点。 5.热电阻传感器：利用电阻随温度变化特性制成的传感器叫热电阻传感器。它主要用于对温度或与温度有关的参量进行检测。在工业上被广泛用来测量-200 ~500 C范围内的温度。按热电阻性质不同可分为金属热电阻和半导体热电阻两大类。前者通常称为热电阻，后者称为热敏电阻。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$