7热电式传感器习题

第7章 热电式传感器

7.1热电式传感器分类以及各自特点是什么？

答：热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和温度有关的参量进行检测的装置。它可分为两大类：热电阻传感器和热电偶传感器。 （1）热电阻传感器的特点：①高温度系数、高电阻率；②化学、物理性能稳定，以保证在使用温度范围内热电阻的测量准确性；③良好的输出特性，即必须有线性的或接近线性的输出；④良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。

（2）热电偶传感器的特点：①结构简单；②制造方便；③测温范围宽；④热惯性小；⑤准确度高；⑥输出信号便于远传。

7.2常用的热电阻材料有哪些，各自适用范围是什么？

答：铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出－输入特性接近线性，价格低廉。当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有浸蚀性的介质中工作。

7.3利用热电偶测温必须具备哪两个条件？

答：利用热电偶测温必须具备的两个条件为：（1）用两种不同材料作热电极；（2）热电偶两端的温度不能相同。

7.4什么是中间温度定律和参考电极定律?它们各有什么实际意义？

答：导体A、B组成的热电偶回路中，接点温度分别为T、T0，回路的总热电势等于此热电偶在接点温度为T、Tn时的热电势EAB(T, Tn)和温度为Tn、T0时热电势EAB(Tn，T0)的代数和。Tn称为中间温度。

EAB(T,Tn,T0)?EAB(T,Tn)?EAB(Tn,T0)

中间温度定律为制定分度表奠定了理论基础，只要求得参考端温度为0℃时的“热电势-温度”关系，就可以求出参考温度不等于0℃时的热电势。（5分） 参考电极定律：将C参考电极接在热电偶A、B之间，形成三个热电偶组成的回

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路，则参考电极C与各种电极配对时的总热电势为两电极A、B配对后的电势之差。

EAC(T,T0)?EBC(T,T0)?EAB(T,T0)

利用该定律可大大简化热电偶的选配工作，只要已知有关电极与标准电极配对的热电势，即可求出任何两种热电极配对的热电势而不需要测定。

7.5 将一支灵敏度为0.08mV/?C 的热电偶与电压表相连，电压表接线端出温度为50?C 。电压表上读数为60mV，求热电偶热端温度。 解：E(t,50)?60mV

E(t,0)?E(t,50)?E(50,0)?60?50?0.08?64mV

所以热端温度为t?64/0.08?800?C

7.6 镍铬-镍硅热电偶灵敏度为0.04mV/?C，把它放在温度为1200?C处，若以指示仪表作为冷端，此处温度为50?C，求热电势的大小。 解：利用中间温度定律

E(1200,50)?E(1200,0)?E(50,0)?(1200?50)?0.04?46mV

7.7现用一支镍铬-铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为30℃，显示仪表的机械零位在0℃时，这时指示值为400℃，则认为换热器内的温度为430℃对不对？为什么？正确值为多少度？

解：换热器内的温度为430℃不对。因为仪表机械零位在0℃于冷端30℃温度不一致，而仪表刻度是以冷端为0℃刻度的，故此时指示值不是换热器的真实温度。 查热电势表，得E(400，0)=28.943mV，E(30，0)=1.801mV

E(t，30)= E(400，0)

E(t，0)= E(t，30)+ E(30，0)= E(400，0)+ E(30，0)=28.943+1.801=30.744mV 查表得换热器内的温度t=422℃

7.8已知在某特定条件下材料A与铂配对的热电势为13.967mV，材料B与铂配对的热电势是8.345mV，求出在此特定条件下，材料A与材料B配对后的热电势。

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解：由标准电极定律

EAB(T,T0)?EAPt(T,T0)?EBPt(T,T0)?13.967?8.345?5.622mV

7.9在某一瞬间，电阻温度计上指示温度θ2=50℃，而实际温度θ1=100℃，设电阻温度计的动态关系为

d?2?k(?1??2) dt其中k=0.2/s。试确定温度计达到稳定读数(0.995θ1)所需时间。 解：θ2 从50℃上升到0.995θ1 =0.995×100=99.5℃

d?2d?2?k(?1??2)??kdt dt?1??2?

99.550td?2??kdt?kt 0?1??2t?0.5d???199.5d?215012???ln?23s ??5050k?1??2?1??20.20.5

7.10热电偶温度传感器的输入电路如下图所示，已知铂铑-铂热电偶在温度0~100℃之间变化时，其平均热电势波动为6?V/?C，桥路中供桥电压为4V，三个锰铜电阻(Rl、R2、R3)的阻值均为1Ω，铜电阻的电阻温度系数为α=0.004/℃，已知当温度为0℃时电桥平衡，为了使热电偶的冷端温度在0~50℃范围其热电势得到完全补偿，试求可调电阻的阻值只R5。

解：热电偶冷端补偿电势E(t,0)=kt，式中k为热电偶灵敏度(k?6?V/?C)，

补偿电桥输出电压为

U0?Ui?RUR?tUi????t4R4R4

补偿电桥的输出补偿热电偶冷端温度的影响，所以kT?3

Ui?T 。 4Ui?4k??4?6?6mV 0.004 根据电桥电路，其等效电路为R1、Rcu和R2、R3分别串联后再并联其电阻为1Ω，然后与电源、R5串联，由此可得

UiE? 1R5?1所以R5=E/ Ui?1=4000/6?1=665.7Ω

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