《传感器原理与应用练习-第7章热电传感器.doc》会员共享，可在线阅读。更多相关《传感器原理与应用练习——第7章热电传感器.doc（7页收藏版）》），请搜索快库。
1、 传感器原理与应用与传感器与测量技术练习及部分参考答案教材：贾伯年主编的传感器技术第三版等参考书第7章热电传感器7-1热电传感器有哪些类型的传感器在那儿？他们的特点是什么？答：热释电传感器是将温度变化转换为电能变化的装置。它可以分为两类：RTD传感器和热电偶传感器。热电阻传感器特点：1)高温度系数，高电阻率。 (2)化学和物理性能稳定。(3)输出特性好。(4)。良好的可制造性，便于批量生产和降低成本。热电偶传感器的特点：1结构简单2易于制造 3 测温范围宽 4 热惯性小 5 精度高 6 输出信号便于远距离传输 7-2 常用的热电阻有哪些？热电阻材料。铂易净化，耐高温，易氧化。
2、介质的化学物理性质稳定，生产的铂电阻的输出和输入特性接近线性，测量精度高。 -50150铜电阻中铜的化学物理性能稳定，输出输入特性接近线性，价格低廉。温度高于100℃时，易被氧化，适合在低温、非腐蚀性介质中工作。 7-3 热敏电阻与热电阻相比有哪些优缺点？用热敏电阻开发线性温度测量时必须注意什么？ 7-4 使用热电偶测温必须满足哪两个条件？答： 1. 使用两种不同的材料作为热电极 2. 热电偶两端的温度不能相同。 7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在使用热电偶测温时有什么实际意义？答：中间导体定律：由导体A和B组成的热电偶，当引入第三根导体时，只要第三根导体两端的温度保持不变，那么第三根导体的总热电循环将是
3、电位无效。使用这个定律，第三根导体可以用毫伏表代替。只要保持两个结的温度相同，就可以在不影响热电偶输出的情况下测量热电势。连接导体定律：回路的总电位等于热电偶电位 EAB(T,T0) 和连接导线电位 EAB(Tn,T0)) 的代数和。是补偿线进步的一个工业应用。温度测量的理论基础。7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们的实际意义是什么？答案：EAB(T,Tn,T0) =EAB(T,Tn)+EAB( Tn,T0)这是中间温度定律的表达式，即回路总热电势等于EAB(T,Tn)的代数和) 和 EAB(Tn,T0)。Tn 为中间温度。中间温度规律为分度表的制定奠定了理论基础。7-7 用尼洛-NiSi 热电偶测量介质温度 80
4、0，假设参考端温度为25，那么介质的实际温度是多少？答：t=介质温度+k*参考温度800+1*25=8257-8 热电传感器可以用来测量温度以外的其他量吗？举例说明它。 7-9 实验室配备铂铑铂热电偶、铂电阻和半导体热敏电阻，现在想测量某台设备外壳的温度。它的温度是2左右，精度要求是2。应该用哪一个？为什么？图710 浸入式热电偶1钢包测量熔融金属示意图； 2钢熔体； 3 热电极 A、B4、7 补偿线端子 5 补偿线 6 保护管 8 mV 表 9、10 mV 表端子 *7-10 在钢厂，廉价的热电极耗材，如镍铬、镍硅热电偶丝，有时会直接熔化并长时间插入钢水中以测量钢水的温度。
5、如图7-10所示。解释测量钢水温度的基本原理？为什么不必将工作端焊接在一起？必须满足哪些条件才能不影响测量精度？上述方法中使用了哪些热电偶定律？如果要测试的对象不是钢水，而是熔融塑料怎么办？为什么？答：测量钢水温度的基本原理是利用热电效应；由于钢水是导体且处于同一温度，所以将钢水作为第三个连接的导体，采用热电偶导体接入定律；被测对象不是钢水车外温度传感器在哪里，而是熔融塑料不好，因为塑料不导电，不能形成热电势。 *7-11 用镍铬镍硅K热电偶测温，冷端温度为40，高精度毫伏计测得此时的热电势为29. 186mV。找到被测点的温度？答：查K刻度，40时热电偶相对于0的热电势为：1.;By
6、公式：=29.186+1.=30.798mV；检查K刻度，得到被测点的温度值：740。 *7-12 使用k型热电偶时，参考触点为0、测量触点为30时的温差电动势是多少和900，测温触点为900？答：由公式可得：当参考触头为30，测温触头为900时，温差电动势为：37.326-1.203=36.123mV。 7-13 热电偶冷端的温度对热电偶的热电势有什么影响？可以采取哪些措施来消除冷端温度的影响？半导体热敏电阻的主要优缺点是什么？它在电路中是如何被抑制的？为什么7-14 PN结可以用作温度敏感元件？ 7-15 一体式温度传感器测温原理有哪些特点？ 7-16 如果需要测量1000和20的温度，应该分别使用哪一种
7、 类型温度传感器？ 7-17 温度传感器可以用来测量绝对温度、摄氏温度和华氏温度吗？怎么做？ 7-18 热电阻传感器主要分为几种？它们在哪些不同的情况下使用？答：热电阻传感器分为以下几种： 铂电阻传感器：其特点是精度高、稳定性好、性能可靠。主要用作标准电阻温度计，也常用于工业测量。此外，它还广泛用于温度基准和标准的传输，是目前温度测量重现性最好的。铜电阻传感器：价格比铂金属便宜。在测温范围比较小的情况下，具有良好的稳定性。温度系数比较大，电阻值与温度的关系接近线性。材料易于提纯，价格便宜。不足之处是测量精度略低于铂电阻，电阻率小。铁电阻和镍电阻：铁和镍具有较高的电阻温度系数，
8、电阻率大，可制成体积小、灵敏度高的电阻温度计。其缺点是易氧化、化学稳定性差、难纯化、重现性差、电阻值与温度线性关系差。目前应用的并不多。 7-19 什么是热电动势、接触电动势和热电动势？讲解热电偶测温原理及其工作规律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法。答：热电动势：两个不同材料的导体或半导体A、B串联起来形成一个闭合回路，两个结点处于不同的温度，那么回路中就会产生热电势。有电流产生相应的热电势称为热电势或塞贝克电势，俗称热电势。接触电动势：接触电势是两种不同密度的不同导体的自由电子在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质和接触点的温度，并与导体的温度有关
9、形状和大小无关紧要。热电动势：是同一导体由于两端温度不同而产生的电势。热电偶测温原理：热电偶测温原理是基于物理热电效应。所谓热电效应，就是当不同材料的导体形成闭合回路时，假设两个节点的温度不同，回路中就会产生电动势。两点之间的温差越大，产生的电动势越大。可以通过引入适当的测量电路来测量电动势的大小来测量温度的大小。热电偶三定律：中间导体定律：测量热电偶温度时，如果在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，就不会影响热电偶回路的总热电势。用热电偶测量温度时，连接线和显示器可视为中间导体。 b 中温定律：对于任何由两种均质材料组成的热电偶，热端为T，冷端为T
热电势
10、等于热电偶热端为T，冷端为Tn时的热电势的代数和与热端为Tn，冷端为T0时的热电势的代数和应用：当热电偶冷端不为0度时，可用中间温度法进行校正。当热电偶长度不够时，可根据中间温度规律选择合适的补偿电路。 c 参比电极定律：如果两个导体热电极A和B组成的热电偶和第三个导体C的参比电极分别为EACT、T0和EBCT，T0当结温为T、T0时，则同温下一个，A、B配对后的热电势为EABT，T0=EACT，T0-EBCT，T0实用值：可以大大简化热电偶的选择。在实际工作中，只要得到热电极和标准铂电极对的热电势，这两个热电极配对形成的热电偶的热电势就可以用上式表示
11、 可以在不需要单独的进程确定的情况下获得。误差因素：基准结温度受周围环境影响。降低误差的措施包括：a 0oC 恒温法 b 计算修正法 冷端温度修正法 c 仪表机械零点调整法 d 热电偶补偿法 e 电桥补偿法 f 冷端延长线法。 7-20 描述热电偶测温的基本原理和基本定理。答：热电偶测温原理：热电偶测温原理是基于物理热电效应。所谓热电效应，就是当不同材料的导体形成闭合回路时，假设两个节点的温度不同，回路中就会产生电动势。两点之间的温差越大，产生的电动势越大。可以通过引入适当的测量电路来测量电动势的大小来测量温度的大小。基本定理见问题 7。 7-21 尝试比较电阻温度计和热电偶温度计的异同。答：电阻温度计利用电阻随温度变化
12、启用测量温度的功能。热电偶温度计是根据热电效应原理设计的。前者将温度转换为电阻值的大小，后者将温度转换为电位的大小。同一点：都是温度传感器，精度和性能与传感器材料的特性有关。 7-22 试说明负温度系数热敏电阻的伏安特性并说明其用途。答：伏安特性表征了在恒温介质中流过热敏电阻的电流I与其上的压降U之间的关系。当电流小到足以引起自热时，电阻保持不变，压降和电流遵循欧姆定律。当电流为IIs时，随着电流的增大，功耗增大，产生自热，电阻值随电流的增大而减小，压降增大逐渐减慢，因此出现非线性正阻区ab 当电流增加到Is时，电压降达到最大值Um。之后，当电流继续增加时，由于热敏电阻的作用，自热更加强烈
13、电阻的温度系数大，电阻值随电流的增加而减小的速度快于电压降的增加，所以出现了负电阻区的bc段。研究伏安特性有助于正确选择热敏电阻的工作状态。对于温度测量、温度控制和温度补偿，应工作在伏安特性的线性区域车外温度传感器在哪里，这样就可以忽略自热的影响，使电阻值只取决于被测温度。对于利用热敏电阻耗散原理的场合，如测量风速、流量、真空度等，应工作在伏安特性的负阻区。 7-23 有一个串联的热敏电阻测温电路，如下图所示。尝试设计其最正确的线性工作特性，并计算其线性度。最后在方格纸上每隔5个点画出电路图中u=f(t)的曲线。 7-24 铂丝电阻在 20 时为 10。求 500C 时的电阻。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 如下图1 温度从0上升到100时，电阻变化率R/R0是多少？下图2显示了热敏电阻R0=28k，它的R/R0是多少？图 1 图 2 答案：R/R01.4 at t=100 可以从图 1 中读取。因此，R=1.4R0，并且 R= R-R0= 1.4R0 -R0=0.4 R0。因此，R/R=0.4。图 2 的热敏电阻中 t=100 时的 R103。同样，R= R-R0=-27k。因此，R/R0=-27/28-0.96。 7-26 上图1所示铂电阻测温元件在0200处的电阻温度系数是多少？答案：由图 1 可知，R 在 t=200
15、/R01.8，电阻温度系数曲线的斜率=1.8-1/200=0.4%/。 7-27 测量1000左右的高温应该用什么类型的热电偶？想测1500左右的高温？ A：假设是1000铬镍铝镍，铂铑铂，1500铂，铑30%-铂。 7-28 使用k型热电偶，参考接点为0、 测量接点为30和90030，测温接点为900时的热电动势是多少？答：现在t2=900，t1=30，参考结温为30，测温结温为900时的温差电动势设为E，则37.326=1. 203+ E，所以 E=36.123mV。在 7-29 0 时，铂热电阻的阻值为 100。按照下图进行测温。当R1=100、R2=200、R3=300时，桥式电路达到平衡。此时的温度是多少？假设铂电阻的温度系数为0.-1，则电阻与温度呈线性关系，导线的电阻可以忽略不计。答：电桥平衡的条件是R1*R2=R1*R3，那么t()时电阻值的表达式为