《传感器及应用》热电阻传感器（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《传感器及应用》热电阻传感器-讲义 知识点一 热电阻 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。 目前广泛应用的热电阻材料是铂和铜，它们的电阻温度系数在范围内。作为测温用的热电阻材料，希望具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。 铂的性能最稳定，采用特殊的结构可制成标准铂电阻温度计，它的适用范围为-200~960℃。 铜电阻价廉并且线性好，但温度高时易氧化，故用于温度较低的环境中。 如表1列出了热电阻的主要技术性能。 由理论计算可知，热电阻的阻值Rt，不仅与温度t有关，还与温度在0℃时的热电阻值R0有关。即在同样的温度下，R0取值不同，Rt也不相同。 表1 热电阻的主要性能 热电阻是基于（ ）原理来测量温度的（ ） A. 热电效应 B. 热阻效应 C. 光电效应 D. 磁电效应 【答案】B 【解析】 热电阻是利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的，这种特性称为热阻效应。热电效应是热电偶测温的原理；光电效应主要和光与物质相互作用产生电信号有关；磁电效应主要涉及磁场和电信号的转换。 1. 以下哪种金属常用于制作热电阻（ ） A. 铜 B. 铝 C. 铁 D. 锡 【答案】A 【解析】铜电阻是常用的热电阻材料之一。它的电阻温度系数较大，而且易于加工，化学稳定性较好。铝的抗氧化性在实际作为热电阻应用场景中不如铜合适；铁的电阻温度特性曲线不是很稳定，容易受外界因素干扰；锡的熔点较低，在一些高温环境下不能很好地工作，所以常用的是铜。 2. 热电阻的阻值随温度升高而（ ） A. 降低 B. 升高 C. 不变 D. 先升高后降低 【答案】B 【解析】对于正温度系数的热电阻（常见的热电阻都是正温度系数），其阻值随温度的升高而增大。这是热电阻能够用于测量温度的基本特性。 3. 铂热电阻的测温范围一般是（ ） A. -200℃ - 850℃ B. -50℃ - 150℃ C. 0℃ - 400℃ D. -100℃ - 600℃ 【答案】A 【解析】 铂热电阻测温范围很宽，一般为 -200℃ - 850℃。它具有精度高、稳定性好等优点，能适应较宽的温度测量范围，其他选项的范围不符合铂热电阻的典型测温范围。 1. 热电阻三线制接法的主要目的是（ ） A. 增加线路的机械强度 B. 减小引线电阻带来的测量误差 C. 方便布线 D. 提高信号传输速度 【答案】B 【解析】热电阻三线制接法是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。因为在三线制中，通过合理的电路设计，能够将引线电阻的影响减小，使得测量结果更准确。增加机械强度不是主要目的；方便布线也不是三线制的核心优势；对于热电阻这种温度传感器来说，三线制和信号传输速度关系不大。 2. 当热电阻所处环境温度为t1 时，其阻值为R1，当温度变为t2（t2>t1）时，阻值变为R2，若热电阻的温度系数为a，则（ ） A. R2 = R1 [1 +a(t2 - t1)] B. R2 = R1 [1 -a(t2 - t1)] C. R2 = R1 +a(t2 - t1) D. R2 = R1 -a(t2 - t1) 【答案】A 【解析】根据热电阻的阻值与温度的关系公式 R2 = R1 [1 +a(t2 - t1)]，其中R1是温度为t1时的电阻值，R2是温度为t2时的电阻值，a是热电阻的温度系数。这是基于热电阻阻值随温度变化的基本公式推导而来的，其他选项不符合该公式。 3. 与热电偶相比，热电阻（ ） A. 精度更高 B. 测温范围更广 C. 响应速度更快 D. 不需要外部电源 【答案】A 【解析】热电阻精度一般比热电偶高。热电偶测温范围更广；热电阻由于热惯性较大，响应速度通常比热电偶慢；热电阻需要外部电源提供激励电流来测量电阻变化从而得到温度，而热电偶是基于热电效应产生热电势。 · 热电阻是中低温区常用的温度传感器，利用金属电阻随温度变化原理工作。 · 热电阻的阻值和温度一般呈线性关系。 · 热电阻主要有铂、铜热电阻，铂稳定性好、精度高。 知识点二 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与温度t 的变化曲线如图1所示。 图1 各种热敏电阻的典型特性 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、钴、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钛酸陶瓷中加入施主杂质，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：按结构形式分为体型、薄膜 型、厚膜型三种；按工作方式分为直热式、旁热式、延迟电路三种；按工作温度区分为常温区(-60℃~200℃)、高温区(>200℃)、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所示。 图2 热敏电阻的结构外形及符号 热敏电阻是根据（ ）变化来测量温度的 A. 电容 B. 电阻 C. 电感 D. 电压 【答案】B 【解析】 热敏电阻是一种对温度敏感的电阻元件，其电阻值会随着温度的变化而变化，通过测量电阻的变化来反映温度的改变，而不是电容、电感或电压。 1. 正温度系数（PTC）热敏电阻的特性是（ ） A. 温度升高，电阻减小 B. 温度升高，电阻增大 C. 电阻与温度无关 D. 温度降低，电阻增大 【答案】B 【解析】PTC 热敏电阻的特点是当温度升高时，其电阻值增大。这是与负温度系数（NTC）热敏电阻相反的特性。 2. 以下哪种材料常用于制造热敏电阻（ ） A. 金属氧化物 B. 纯金属 C. 半导体材料 D. A 和 C 【答案】D 【解析】热敏电阻通常是由金属氧化物（如锰、钴、镍等的氧化物）或者半导体材料制成的。纯金属主要用于制作热电阻，而不是热敏电阻。 3. NTC 热敏电阻在温度升高时，其电阻值（ ） A. 线性下降 B. 线性上升 C. 指数下降 D. 指数上升 【答案】C 【解析】NTC 热敏电阻的电阻 - 温度特性一般是指数关系，当温度升高时，其电阻值呈指数下降，不是线性关系。 1. 热敏电阻的主要应用不包括（ ） A. 温度测量 B. 温度控制 C. 浪涌电流抑制 D. 磁场测量 【答案】D 【解析】热敏电阻可以用于温度测量，比如电子温度计；在温度控制方面，如空调的温度控制电路；在浪涌电流抑制上，利用 PTC 热敏电阻在电流过大温度升高后的高电阻特性来限制电流。但是它不能直接用于磁场测量。 2. 为了获得更准确的温度测量，热敏电阻通常 ( ) A. 串联一个固定电阻 B. 并联一个固定电阻 C. 与一个电容并联 D. 与一个电感串联 【答案】A 【解析】在温度测量电路中，热敏电阻串联一个固定电阻，可以构成一个分压电路，通过测量分压的变化来更准确地得到温度对应的电阻变化。并联固定电阻一般不是为了准确测量温度；与电容并联主要用于滤波等功能，与电感串联也不是主要用于准确温度测量。 3. 热敏电阻的响应速度（ ） A. 总是很慢 B. 比热电阻快 C. 比热电偶慢 D. 取决于材料和结构 【答案】D 【解析】热敏电阻的响应速度不是固定的，它取决于热敏电阻的材料（如不同的金属氧化物成分）和结构（例如封装形式等）。有些热敏电阻响应速度可以很快，不能简单地说总是很慢或者和热电阻、热电偶比较快慢。 · 热敏电阻是对温度敏感的电阻器，依温度特性分正、负温度系数两类。 · 热敏电阻相较于热电阻，热敏电阻灵敏度更高，能快速感知温度变化。 · 热敏电阻体积小巧，结构简单，便于安装在各种狭小空间。 · 热敏电阻广泛用于温度测量、控制及补偿等领域。 知识点三 热电阻传感器的应用 1、 金属热电阻传感器 工业上广泛应用金属热电阻传感器进行温度测量，用电桥作为测量电路。 在进行测量时总要采用连接导线，但由于金属电阻本身阻值很小，所以引线电阻及其变化就不能忽略。为了消除或减少引线电阻的影响，通常采用三线制连接法，如图3所示。 图3 热电阻三线制接线法 热电阻三根引线引至测温电桥，其中两根引线中串入测量电桥的相邻两臂，因而可以避免因连接导线 电阻受环境温度影响而引起的测量误差。 热电阻传感器还可测量流量。一般是将置于流体中很细的金属丝通过电流加热，由于流体流动将迫使热丝冷却，并且被冷却的程度是随流速而变化的。因此，可以通过测量热丝电阻值的变化求出流速和流量。 2、 半导体热电阻传感器的应用 1.温差测量： 作为测量温度的热敏电阻一般结构简单。没有外面保护层的热敏电阻只能应用在干燥的地方，密封的热敏电阻不怕湿气的侵蚀，可以使用在任何环境下。 由于热敏电阻的阻值很大，故其连接导线的电阻和接触电阻可忽略，因此热敏电阻可以在距离长达几千米的远距离测量温度，测量电路多采用桥路。 双桥温差测量电路如图4所示，它是由两电桥共用一个指示仪表组成的。两热敏电阻放在两个不同的测温点，则流经表P的两个平衡电流恰好方向相反，表P指出的电流值是两电流值的差。作温差测量时要选用特性相同的两热敏电阻，且阻值误差不应超过±1% 图4 双桥温差测量电路 2.温度补偿： 仪表中通常用的一些零件多数是金属丝做成的，例如线圈、线绕电阻等。 金属一般具有正温度系数，采用负温度系数热敏电阻进行补偿，可以抵消由于温度变化所产生的误差。实际应用时，将负温度系数的热敏电阻与锰铜丝电阻并联后再与被补偿元件串联，如图5所示。 在晶体三极管电路、对数放大器等电路中也常用热敏电阻补偿由于温度引起的漂移误差。 图5 电阻温度补偿 3.工业控制： 将开关型的热敏电阻埋设在被测物中，并与继电器串联，给电路加上恒定电压，当周围介质温度升到一定数值时，电路中的电流可以由十分之几毫安突变为几十毫安，引起继电器动作，从而实现温度控制或过热保护等。 在工业炉温测量中，热电阻传感器的主要优势是（ ） A. 响应速度快 B. 测量精度高 C. 耐高温能力强 D. 不需要外接电源 【答案】B 【解析】热电阻传感器在工业炉温测量中有较高的精度。A 选项，热电阻响应速度相对热电偶较慢；C 选项，其耐高温能力不如一些特殊的热电偶；D 选项，热电阻需要外接电源来测量电阻变化从而确定温度。 1. 热电阻传感器在食品加工行业常用于（ ） A. 食品包装计数 B. 食品内部成分检测 C. 加工设备温度监控 D. 食品色泽检测 【答案】C 【解析】在食品加工行业，热电阻传感器主要用于加工设备温度监控，比如烤箱、蒸煮设备等的温度控制，以确保食品加工过程中的温度符合要求。A 选项与温度无关；B 选项不是热电阻传感器的功能；D 选项也不是热电阻所能实现的。 2.热电阻传感器在空调系统中主要用于（ ） A. 检测制冷剂流量 B. 测量室内外温度 C. 控制压缩机转速 D. 监测风机电机温度 【答案】B 【解析】在空调系统中，热电阻传感器常被用于测量室内外温度，为空调的温控系统提供温度数据，以便调节制冷或制热。A 选项检测制冷剂流量通常用流量传感器；C 选项压缩机转速一般由电机控制电路控制；D 选项监测风机电机温度有专门的电机温度传感器。 3. 热电阻传感器用于医疗设备中，以下最可能的应用是（ ） A. 检测血液成分 B. 测量人体体温 C. 监测医疗设备的电信号强度 D. 控制医疗设备的机械运动 【答案】B 【解析】热电阻传感器在医疗设备中最常见的应用是测量人体体温，如电子体温计。A 选项检测血液成分一般用化学分析或专门的生物传感器；C 选项监测电信号强度有对应的电学测量仪器；D 选项控制机械运动和热电阻传感器的主要功能（温度测量）关系不大。 1. 在化工生产过程中，热电阻传感器可以用于（ ） A. 化学反应物质量的测量 B. 反应釜温度监测 C. 化工原料的成分分析 D. 化工产品包装检测 【答案】B 【解析】在化工生产中，热电阻传感器主要用于反应釜温度监测，确保化学反应在合适的温度条件下进行。A 选项反应物质量测量通常需要天平或其他质量测量设备；C 选项原料成分分析要用化学分析仪器；D 选项产品包装检测和温度测量关系不大。 2. 热电阻传感器在仓储管理中的应用可能是（ ） A. 库存商品计数 B. 仓库湿度控制 C. 仓库温度监控 D. 仓库货物搬运自动化 【答案】C 【解析】热电阻传感器在仓储管理中可用于仓库温度监控，防止货物因温度过高或过低而损坏。A 选项库存商品计数有专门的计数系统；B 选项仓库湿度控制一般用湿度传感器；D 选项货物搬运自动化和热电阻传感器功能无关。 3. 热电阻传感器在农业温室中的主要作用是（ ） A. 测量土壤肥力 B. 检测植物病虫害 C. 监测温室温度 D. 控制灌溉水量 【答案】C 【解析】在农业温室中，热电阻传感器主要用于监测温室温度，为农作物生长提供适宜的温度环境。A 选项测量土壤肥力有专门的土壤肥力检测方法和仪器；B 选项检测植物病虫害主要靠视觉观察或生物检测方法；D 选项控制灌溉水量一般用液位传感器或其他流量传感器。 · 热电阻阻值与温度变化关系敏感，使用前需精准校准，确保测量温度的准确性。 · 安装在能代表被测量温度的典型位置，避免热源或冷源干扰。 · 注意引线连接牢固，且引线电阻可能会影响测量，需采用合适的补偿方式。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$