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1、 傳感器原理與應(yīng)用與傳感器與測(cè)量技術(shù)練習(xí)及部分參考答案教材：賈伯年主編的傳感器技術(shù)第三版等參考書(shū)第7章熱電傳感器7-1熱電傳感器有哪些類型的傳感器在那兒？他們的特點(diǎn)是什么？答：熱釋電傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電能變化的裝置。它可以分為兩類：RTD傳感器和熱電偶傳感器。熱電阻傳感器特點(diǎn)：1)高溫度系數(shù)，高電阻率。 (2)化學(xué)和物理性能穩(wěn)定。(3)輸出特性好。(4)。良好的可制造性，便于批量生產(chǎn)和降低成本。熱電偶傳感器的特點(diǎn)：1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單2易于制造 3 測(cè)溫范圍寬 4 熱慣性小 5 精度高 6 輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)距離傳輸 7-2 常用的熱電阻有哪些？熱電阻材料。鉑易凈化，耐高溫，易氧化。

2、介質(zhì)的化學(xué)物理性質(zhì)穩(wěn)定，生產(chǎn)的鉑電阻的輸出和輸入特性接近線性，測(cè)量精度高。 -50150銅電阻中銅的化學(xué)物理性能穩(wěn)定，輸出輸入特性接近線性，價(jià)格低廉。溫度高于100℃時(shí)，易被氧化，適合在低溫、非腐蝕性介質(zhì)中工作。 7-3 熱敏電阻與熱電阻相比有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？用熱敏電阻開(kāi)發(fā)線性溫度測(cè)量時(shí)必須注意什么？ 7-4 使用熱電偶測(cè)溫必須滿足哪兩個(gè)條件？答： 1. 使用兩種不同的材料作為熱電極 2. 熱電偶兩端的溫度不能相同。 7-5 什么是中間導(dǎo)體定律和連接導(dǎo)體定律？它們?cè)谑褂脽犭娕紲y(cè)溫時(shí)有什么實(shí)際意義？答：中間導(dǎo)體定律：由導(dǎo)體A和B組成的熱電偶，當(dāng)引入第三根導(dǎo)體時(shí)，只要第三根導(dǎo)體兩端的溫度保持不變，那么第三根導(dǎo)體的總熱電循環(huán)將是

3、電位無(wú)效。使用這個(gè)定律，第三根導(dǎo)體可以用毫伏表代替。只要保持兩個(gè)結(jié)的溫度相同，就可以在不影響熱電偶輸出的情況下測(cè)量熱電勢(shì)。連接導(dǎo)體定律：回路的總電位等于熱電偶電位 EAB(T,T0) 和連接導(dǎo)線電位 EAB(Tn,T0)) 的代數(shù)和。是補(bǔ)償線進(jìn)步的一個(gè)工業(yè)應(yīng)用。溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)。7-6 什么是中間溫度定律和參考電極定律？它們的實(shí)際意義是什么？答案：EAB(T,Tn,T0) =EAB(T,Tn)+EAB( Tn,T0)這是中間溫度定律的表達(dá)式，即回路總熱電勢(shì)等于EAB(T,Tn)的代數(shù)和) 和 EAB(Tn,T0)。Tn 為中間溫度。中間溫度規(guī)律為分度表的制定奠定了理論基礎(chǔ)。7-7 用尼洛-NiSi 熱電偶測(cè)量介質(zhì)溫度 80

4、0，假設(shè)參考端溫度為25，那么介質(zhì)的實(shí)際溫度是多少？答：t=介質(zhì)溫度+k*參考溫度800+1*25=8257-8 熱電傳感器可以用來(lái)測(cè)量溫度以外的其他量嗎？舉例說(shuō)明它。 7-9 實(shí)驗(yàn)室配備鉑銠鉑熱電偶、鉑電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻，現(xiàn)在想測(cè)量某臺(tái)設(shè)備外殼的溫度。它的溫度是2左右，精度要求是2。應(yīng)該用哪一個(gè)？為什么？圖710 浸入式熱電偶1鋼包測(cè)量熔融金屬示意圖； 2鋼熔體； 3 熱電極 A、B4、7 補(bǔ)償線端子 5 補(bǔ)償線 6 保護(hù)管 8 mV 表 9、10 mV 表端子 *7-10 在鋼廠，廉價(jià)的熱電極耗材，如鎳鉻、鎳硅熱電偶絲，有時(shí)會(huì)直接熔化并長(zhǎng)時(shí)間插入鋼水中以測(cè)量鋼水的溫度。

5、如圖7-10所示。解釋測(cè)量鋼水溫度的基本原理？為什么不必將工作端焊接在一起？必須滿足哪些條件才能不影響測(cè)量精度？上述方法中使用了哪些熱電偶定律？如果要測(cè)試的對(duì)象不是鋼水，而是熔融塑料怎么辦？為什么？答：測(cè)量鋼水溫度的基本原理是利用熱電效應(yīng)；由于鋼水是導(dǎo)體且處于同一溫度，所以將鋼水作為第三個(gè)連接的導(dǎo)體，采用熱電偶導(dǎo)體接入定律；被測(cè)對(duì)象不是鋼水車(chē)外溫度傳感器在哪里，而是熔融塑料不好，因?yàn)樗芰喜粚?dǎo)電，不能形成熱電勢(shì)。 *7-11 用鎳鉻鎳硅K熱電偶測(cè)溫，冷端溫度為40，高精度毫伏計(jì)測(cè)得此時(shí)的熱電勢(shì)為29. 186mV。找到被測(cè)點(diǎn)的溫度？答：查K刻度，40時(shí)熱電偶相對(duì)于0的熱電勢(shì)為：1.;By

6、公式：=29.186+1.=30.798mV；檢查K刻度，得到被測(cè)點(diǎn)的溫度值：740。 *7-12 使用k型熱電偶時(shí)，參考觸點(diǎn)為0、測(cè)量觸點(diǎn)為30時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)是多少和900，測(cè)溫觸點(diǎn)為900？答：由公式可得：當(dāng)參考觸頭為30，測(cè)溫觸頭為900時(shí)，溫差電動(dòng)勢(shì)為：37.326-1.203=36.123mV。 7-13 熱電偶冷端的溫度對(duì)熱電偶的熱電勢(shì)有什么影響？可以采取哪些措施來(lái)消除冷端溫度的影響？半導(dǎo)體熱敏電阻的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？它在電路中是如何被抑制的？為什么7-14 PN結(jié)可以用作溫度敏感元件？ 7-15 一體式溫度傳感器測(cè)溫原理有哪些特點(diǎn)？ 7-16 如果需要測(cè)量1000和20的溫度，應(yīng)該分別使用哪一種

7、 類型溫度傳感器？ 7-17 溫度傳感器可以用來(lái)測(cè)量絕對(duì)溫度、攝氏溫度和華氏溫度嗎？怎么做？ 7-18 熱電阻傳感器主要分為幾種？它們?cè)谀男┎煌那闆r下使用？答：熱電阻傳感器分為以下幾種： 鉑電阻傳感器：其特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。主要用作標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，也常用于工業(yè)測(cè)量。此外，它還廣泛用于溫度基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的傳輸，是目前溫度測(cè)量重現(xiàn)性最好的。銅電阻傳感器：價(jià)格比鉑金屬便宜。在測(cè)溫范圍比較小的情況下，具有良好的穩(wěn)定性。溫度系數(shù)比較大，電阻值與溫度的關(guān)系接近線性。材料易于提純，價(jià)格便宜。不足之處是測(cè)量精度略低于鉑電阻，電阻率小。鐵電阻和鎳電阻：鐵和鎳具有較高的電阻溫度系數(shù)，

8、電阻率大，可制成體積小、靈敏度高的電阻溫度計(jì)。其缺點(diǎn)是易氧化、化學(xué)穩(wěn)定性差、難純化、重現(xiàn)性差、電阻值與溫度線性關(guān)系差。目前應(yīng)用的并不多。 7-19 什么是熱電動(dòng)勢(shì)、接觸電動(dòng)勢(shì)和熱電動(dòng)勢(shì)？講解熱電偶測(cè)溫原理及其工作規(guī)律的應(yīng)用。分析熱電偶測(cè)溫的誤差因素，并說(shuō)明減小誤差的方法。答：熱電動(dòng)勢(shì)：兩個(gè)不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B串聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)閉合回路，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度，那么回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢(shì)稱為熱電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，俗稱熱電勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電勢(shì)是兩種不同密度的不同導(dǎo)體的自由電子在接觸處形成的熱電勢(shì)。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度，并與導(dǎo)體的溫度有關(guān)

9、形狀和大小無(wú)關(guān)緊要。熱電動(dòng)勢(shì)：是同一導(dǎo)體由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的電勢(shì)。熱電偶測(cè)溫原理：熱電偶測(cè)溫原理是基于物理熱電效應(yīng)。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體形成閉合回路時(shí)，假設(shè)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度不同，回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。兩點(diǎn)之間的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)越大。可以通過(guò)引入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路來(lái)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小來(lái)測(cè)量溫度的大小。熱電偶三定律：中間導(dǎo)體定律：測(cè)量熱電偶溫度時(shí)，如果在回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，就不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電勢(shì)。用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，連接線和顯示器可視為中間導(dǎo)體。 b 中溫定律：對(duì)于任何由兩種均質(zhì)材料組成的熱電偶，熱端為T(mén)，冷端為T(mén)

熱電勢(shì)

10、等于熱電偶熱端為T(mén)，冷端為T(mén)n時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和與熱端為T(mén)n，冷端為T(mén)0時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和應(yīng)用：當(dāng)熱電偶冷端不為0度時(shí)，可用中間溫度法進(jìn)行校正。當(dāng)熱電偶長(zhǎng)度不夠時(shí)，可根據(jù)中間溫度規(guī)律選擇合適的補(bǔ)償電路。 c 參比電極定律：如果兩個(gè)導(dǎo)??體熱電極A和B組成的熱電偶和第三個(gè)導(dǎo)體C的參比電極分別為EACT、T0和EBCT，T0當(dāng)結(jié)溫為T(mén)、T0時(shí)，則同溫下一個(gè)，A、B配對(duì)后的熱電勢(shì)為EABT，T0=EACT，T0-EBCT，T0實(shí)用值：可以大大簡(jiǎn)化熱電偶的選擇。在實(shí)際工作中，只要得到熱電極和標(biāo)準(zhǔn)鉑電極對(duì)的熱電勢(shì)，這兩個(gè)熱電極配對(duì)形成的熱電偶的熱電勢(shì)就可以用上式表示

11、 可以在不需要單獨(dú)的進(jìn)程確定的情況下獲得。誤差因素：基準(zhǔn)結(jié)溫度受周?chē)h(huán)境影響。降低誤差的措施包括：a 0oC 恒溫法 b 計(jì)算修正法 冷端溫度修正法 c 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法 d 熱電偶補(bǔ)償法 e 電橋補(bǔ)償法 f 冷端延長(zhǎng)線法。 7-20 描述熱電偶測(cè)溫的基本原理和基本定理。答：熱電偶測(cè)溫原理：熱電偶測(cè)溫原理是基于物理熱電效應(yīng)。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體形成閉合回路時(shí)，假設(shè)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度不同，回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。兩點(diǎn)之間的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)越大?？梢酝ㄟ^(guò)引入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路來(lái)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小來(lái)測(cè)量溫度的大小。基本定理見(jiàn)問(wèn)題 7。 7-21 嘗試比較電阻溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)的異同。答：電阻溫度計(jì)利用電阻隨溫度變化

12、啟用測(cè)量溫度的功能。熱電偶溫度計(jì)是根據(jù)熱電效應(yīng)原理設(shè)計(jì)的。前者將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值的大小，后者將溫度轉(zhuǎn)換為電位的大小。同一點(diǎn)：都是溫度傳感器，精度和性能與傳感器材料的特性有關(guān)。 7-22 試說(shuō)明負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的伏安特性并說(shuō)明其用途。答：伏安特性表征了在恒溫介質(zhì)中流過(guò)熱敏電阻的電流I與其上的壓降U之間的關(guān)系。當(dāng)電流小到足以引起自熱時(shí)，電阻保持不變，壓降和電流遵循歐姆定律。當(dāng)電流為IIs時(shí)，隨著電流的增大，功耗增大，產(chǎn)生自熱，電阻值隨電流的增大而減小，壓降增大逐漸減慢，因此出現(xiàn)非線性正阻區(qū)ab 當(dāng)電流增加到Is時(shí)，電壓降達(dá)到最大值Um。之后，當(dāng)電流繼續(xù)增加時(shí)，由于熱敏電阻的作用，自熱更加強(qiáng)烈

13、電阻的溫度系數(shù)大，電阻值隨電流的增加而減小的速度快于電壓降的增加，所以出現(xiàn)了負(fù)電阻區(qū)的bc段。研究伏安特性有助于正確選擇熱敏電阻的工作狀態(tài)。對(duì)于溫度測(cè)量、溫度控制和溫度補(bǔ)償，應(yīng)工作在伏安特性的線性區(qū)域車(chē)外溫度傳感器在哪里，這樣就可以忽略自熱的影響，使電阻值只取決于被測(cè)溫度。對(duì)于利用熱敏電阻耗散原理的場(chǎng)合，如測(cè)量風(fēng)速、流量、真空度等，應(yīng)工作在伏安特性的負(fù)阻區(qū)。 7-23 有一個(gè)串聯(lián)的熱敏電阻測(cè)溫電路，如下圖所示。嘗試設(shè)計(jì)其最正確的線性工作特性，并計(jì)算其線性度。最后在方格紙上每隔5個(gè)點(diǎn)畫(huà)出電路圖中u=f(t)的曲線。 7-24 鉑絲電阻在 20 時(shí)為 10。求 500C 時(shí)的電阻。答：在R=R01+t，t=20，R=10，=30*10-4/。因此

14、, 10= R01+30*10-4*20, R= R01+30*10-4*50 得到 R10.8。 17-25 如下圖1 溫度從0上升到100時(shí)，電阻變化率R/R0是多少？下圖2顯示了熱敏電阻R0=28k，它的R/R0是多少？圖 1 圖 2 答案：R/R01.4 at t=100 可以從圖 1 中讀取。因此，R=1.4R0，并且 R= R-R0= 1.4R0 -R0=0.4 R0。因此，R/R=0.4。圖 2 的熱敏電阻中 t=100 時(shí)的 R103。同樣，R= R-R0=-27k。因此，R/R0=-27/28-0.96。 7-26 上圖1所示鉑電阻測(cè)溫元件在0200處的電阻溫度系數(shù)是多少？答案：由圖 1 可知，R 在 t=200

15、/R01.8，電阻溫度系數(shù)曲線的斜率=1.8-1/200=0.4%/。 7-27 測(cè)量1000左右的高溫應(yīng)該用什么類型的熱電偶？想測(cè)1500左右的高溫？ A：假設(shè)是1000鉻鎳鋁鎳，鉑銠鉑，1500鉑，銠30%-鉑。 7-28 使用k型熱電偶，參考接點(diǎn)為0、 測(cè)量接點(diǎn)為30和90030，測(cè)溫接點(diǎn)為900時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)是多少？答：現(xiàn)在t2=900，t1=30，參考結(jié)溫為30，測(cè)溫結(jié)溫為900時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)設(shè)為E，則37.326=1. 203+ E，所以 E=36.123mV。在 7-29 0 時(shí)，鉑熱電阻的阻值為 100。按照下圖進(jìn)行測(cè)溫。當(dāng)R1=100、R2=200、R3=300時(shí)，橋式電路達(dá)到平衡。此時(shí)的溫度是多少？假設(shè)鉑電阻的溫度系數(shù)為0.-1，則電阻與溫度呈線性關(guān)系，導(dǎo)線的電阻可以忽略不計(jì)。答：電橋平衡的條件是R1*R2=R1*R3，那么t()時(shí)電阻值的表達(dá)式為