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 、T 0，回路的总热电势等于此热电偶在接点温度为T 、T n 时的热电势E AB (T , T n )和温度为T n 、T 0时热电势E AB (T n ，T 0)的代数和。T n 称为中间温度。

00(,,)(,)(,)=+AB n AB n AB n E T T T E T T E T T

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

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。

000(,)(,)(,)-=AC BC AB E T T E T T E T T

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008./mV C ︒ 的热电偶与电压表相连，电压表接线端出温度为50C ︒ 。电压表上读数为60mV ，求热电偶热端温度。

解：5060(,)=E t mV

050500605000864(,)(,)(,).=+=+⨯=E t E t E mV

所以热端温度为64008800/.==︒t C

7.6 镍铬-镍硅热电偶灵敏度为004./mV C ︒，把它放在温度为1200C ︒处，若以指示仪表作为冷端，此处温度为50C ︒，求热电势的大小。

解：利用中间温度定律

1200501200050012005000446(,)(,)(,)().=-=-⨯=E E E mV

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。

解：由标准电极定律

0001396783455622(,)(,)(,)...=-=--AB APt BPt E T T E T T E T T mV

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

212()d k dt

θθθ=- 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℃

221212

()=-⇒=-d d k kdt dt θθθθθθ 995250012.==-⎰

⎰t d kdt kt θθθ 99505212505012121150230205

..ln ..-==-==--⎰⎰d d t s k θθθθθθθ

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 μ︒，桥路中供桥电压为4V ，三个锰铜电阻(R l 、R 2、R 3)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R 5。

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

补偿电桥输出电压为

t U R t R U R R U U i i αα4440==∆⋅= 补偿电桥的输出补偿热电偶冷端温度的影响，所以4

=

i U kT T α 。