PDF《第六章 习题》

第六章 习题 1.

简述温度传感器的概念以及种类,分别基于什么原理 2. 解释以下概念:热电效应、珀尔贴效应、汤姆逊效应 3. 热敏电阻的主要参数有哪些? 4. 热电阻传感器主要分为几种类型?它们应用在什么不同场合? 5. 简述晶体管传感器测温原理 6. 集成温度传感器的测温原理 7. 试述热电偶测温的基本原理和基本定理 8. 简述热电偶的冷端温度及其补偿方法 9. 试比较电阻温度计与热电偶温度计的异同点. 10. 使用k型热电偶,基准接点为 0℃、测量接点为 30℃和900℃时, 温差电动势分别为 1.203mV和37.326mV.当基准接点为 30℃,测 温接点为 900℃时的温差电动势为多少? 0℃时的电阻为 100?的铂金热电阻. 300℃时的阻值按下面两种方 法计算,其结果之差换算成温度差是多少? 电阻用温度的一次方程表示,RT=R0(1+At+Bt2)式中B=0, A=0.003851℃-1. (此时 100℃时的电阻值为 138.51?)电阻值与 温度为二次函数关系.用一次方程近似时,温度误差为多少? 11. 某热敏电阻 0℃时电阻为 30k?,若用来测量 100℃物体的温度, 其电阻为多少?设热敏电阻的系数B为3450K. 12. 用镍铬一镍硅热电偶测炉温.当冷端温度T0=30℃时,测得热 电势为E(T, T0)=39.17mV,则实际炉温是多少度?

第六章 习题答案 1. 温度传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置. 两类: (1)热电偶是将温度变化转换为电势变化 (2)热电阻是将温度变化转换为电阻值的变化.

2 1823 年塞贝克(Seebeck)发现.在两种不同的金属所组成的闭合回路中,当两接触处的温度不同时, 回路中就要产生热电势,称为塞贝克电势.这个物理现象称为热电效应. 将同温度的两种不同的金属互相接触,由于不同金属内自由电子的密度不同,在两金属 A 和B的接触处会发生自由电子的扩散现象,自由电子将从密度大的金属 A 扩散到密度小的金属 B,使A失去 电子带正电, B 得到电子带负电, 直至在接点处建立了强度充分的电杨,能够阻止电子扩散达到平衡为 止.两种不同金属的接点处产生的电动势称为电势,又称接触电势.此效应称为珀尔帖效应. 假设在一匀质棒状导体的一端加热,则沿此棒状导体有温度梯度导体内自由电子将从温度高的一 端向温度低的一端扩散,并在温度较低一端积累起来,使棒内建立起一电场.当这电场对电子的作用 力与扩散力相平衡时,扩散作用即停止.电场产生的电势称为汤姆逊电势或温差电势. 3. (1)标称电阻值 RH,即环境温度(25 ±0.2℃)时测得的电阻值,又称冷电阻;

(2)电阻温度系数α,即热敏电阻的温度变化 1℃时电阻值的变化率, 通常指温度为 20℃时的温度系数, 单位为% ℃ ;

(3)耗散系数 H,指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差 1℃时所耗散的功率单位为 W℃-1 (4)热容量 C,热敏电阻的温度变化 1℃所需吸 收或释放的热量单位为 J℃-1;

(5)能量灵敏度 G,使热敏电阻的阻值变化 1% 所需耗散的功率,单位为 w,能量灵敏度 G 与耗散系 数灯、电阻温度系数α之间的关系为 :G=(H/α)100 (6)时间常数 r,亦即为热容量 C 与耗散系数 H 之比 4. 热电阻传感器分为以下几种类型: ①铂电阻传感器:特点是精度高、稳定性好、性能可靠.主要作为标准电阻温度计使用,也常被用在工业 测量中.此外,还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递,是目前测温复现性最好的一种. ②铜电阻传感器:价钱较铂金属便宜.在测温范围比较小的情况下,有很好的稳定性.温度系数比较大, 电阻值与温度之间接近线性关系.材料容易提纯,价格便宜.不足之处是测量精度较铂电阻稍低、电阻率 小. ③铁电阻和镍电阻:铁和镍两种金属的电阻温度系数较高、电阻率较大,故可作成体积小、灵敏度高的电 阻温度计,其缺点是容易氧化,化学稳定性差,不易提纯,复制性差,而且电阻值.与温度的线性关系差. 目前应用不多 7. 热电偶测温原理:热电偶的测温原理基于物理的"热电效应".所谓热电效应,就是当不同材料的导体 组成一个闭合回路时,若两个结点的温度不同,那么在回路中将会产生电动势的现象.两点间的温差越大, 产生的电动势就越大.引入适当的测量电路测量电动势的大小,就可测得温度的大小. 热电偶三定律: a 中间导体定律:热电偶测温时,若在回路中插入中间导体,只要中间导体两端的温度相同,则对热电偶 回路总的热电势不产生影响.在用热电偶测温时,连接导线及显示一起等均可看成中间导体. b 中间温度定律:任何两种均匀材料组成的热电偶,热端为T,冷端为T 时的热电势等于该热电偶热端为T 冷端为Tn时的热电势与同一热电偶热端为Tn,冷端为T0 时热电势的代数和. 应用:对热电偶冷端不为

0 度时,可用中间温度定律加以修正.热电偶的长度不够时,可根据中间温度定 律选用适当的补偿线路. c参考电极定律:如果A、B两种导体(热电极)分别与第三种导体C(参考电极)组成的热电偶在结点温度 为(T,T0)时分别为EAC(T,T0)和EBC(T,T0),那么受相同温度下,又A、B两热电极配对后的热电势 为EAB(T,T0)= EAC(T,T0)- EBC(T,T0) 实用价值:可大大简化热电偶的选配工作.在实际工作中,只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电 势,那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得,而不需逐个进行测定 8. 热电偶热电势的大小与热电极材料及两接点的温度有关.只有在热电极材料一定,其冷端温度T0 保 持不变的情况下,其热电势么EAB(T,T0)才是其工作端温度 7'的单值函数.热电偶的分度表是在热电偶冷 端温度等于 0℃的条件下测得的,所以使用时,只有满 足T0=o℃的条件,才能直接应用分度表或分度 曲线. 在工程测温中,冷端温度常随环境温度的变化而变化,将引入误差,所以要采取以下的修正或补偿措 施. 补偿措施:冷端温度修正法 冷端温度自动补偿法 延引热电极法 9.答: 电阻温度计利用电阻随温度变化的特性来测量温度.热电偶温度计是根据热电效应原理设计而成的.前者 将温度转换为电阻值的大小,后者将温度转换为电势大小. 相同点:都是测温传感器,精度及性能都与传感器材料特性有关. 10.答: (1)RT=100(1+0.003851*t),以t=300℃代入,得RT=215.53Ω. (2)RT=R0(1+At+Bt2)式中以t=300℃代入,得RT=212.05Ω. (3)同(2),算得t=310℃时电阻值为 215.61Ω, 即温度上升 10℃电阻增加 3.56Ω. 因此,由(215.53-212.05)/0.356=9.8 算得误差为 9.8℃. 11.答: 式中以R0=3*104,B=3450,T=373.15 和T0=273.15 代入得RT=1.017kΩ. 12.答: 由T0 =30℃查分度表得E(30,0)=1.2mV 则E(T, 0)=E(T,30)十E(30,0) =39.17 十1. 2=40.37(mV) 再用 40.37mv 查分度表得 977℃,即实际炉温为 977℃. 若直接用测得的热电势 39.17mv 查分度表则其值为 946℃,产生一 31℃的测量误差.