- 相關推薦
熱電偶傳感器習題
第5章 熱電偶傳感器習題答案
1．什么是金屬導體的熱電效應?試說明熱電偶的測溫原理。
答：熱電效應就是兩種不同的導體或半導體A和B組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結點處的溫度不同，回路中就會產生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關。熱電偶測溫就是利用這種熱電效應進行的，將熱電偶的熱端插入被測物，冷端接進儀表，就能測量溫度。
2．試分析金屬導體產生接觸電動勢和溫差電動勢的原因。
答：當A和B兩種不同材料的導體接觸時，由于兩者內部單位體積的自由電子數目不同(即電子密度不同)，因此，電子在兩個方向上擴散的速率就不一樣�，F(xiàn)假設導體A的自由電子密度大于導體B的自由電子密度，則導體A擴散到導體B的電子數要比導體B擴散到導體A的電子數大。所以導體A失去電子帶正電荷，導體B得到電子帶負電荷，于是，在A、B兩導體的接觸界面上便形成一個由A到B的電場。該電場的方向與擴散進行的方向相反，它將引起反方向的電子轉移，阻礙擴散作用的繼續(xù)進行。當擴散作用與阻礙擴散作用相等時，即自導體A擴散到導體B的自由電子數與在電場作用下自導體B到導體A的自由電子數相等時，便處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，A與B兩導體的接觸處就產生了電位差，稱為接觸電動勢。對于導體A或B，將其兩端分別置于不同的溫度場t、t0中(t> t0)。在導體內部，熱端的自由電子具有較大的動能，向冷端移動，從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負電荷。這樣，導體兩端便產生了一個由熱端指向冷端的靜電場。該電場阻止電子從熱端繼續(xù)跑到冷端并使電子反方向移動，最后也達到了動態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，導體兩端便產生了電位差，我們將該電位差稱為溫差電動勢。
3．簡述熱電偶的幾個重要定律，并分別說明它們的實用價值。
答：一是勻質導體定律：如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，無論兩接點的溫度如何，熱電動勢為零。根據這個定律，可以檢驗兩個熱電極材料成分是否相同，也可以檢查熱電極材料的均勻性。
二是中間導體定律：在熱電偶回路中接入第三種導體，只要第三種導體的兩接點溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變。它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調節(jié)器，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進行溫度測量。
三是標準電極定律：如果兩種導體分別與第三種導體組成的熱電偶所產生的熱電動勢已知，則由這兩種導體組成的熱電偶所產生的熱電動勢也就已知。只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢可直接計算出來。
四是中間溫度定律：熱電偶在兩接點溫度t、t0時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度為t、tn和tn、t0時的相應熱電動勢的代數和。中間溫度定律為補償導線的使用提供了理論依據。
4．試述熱電偶冷端溫度補償的幾種主要方法和補償原理。
答：熱電偶冷端溫度補償的方法主要有：一是冷端恒溫法。這種方法將熱電偶的冷端放在恒溫場合，有0℃恒溫器和其他恒溫器兩種；二是補償導線法。將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所(如儀表室)，其實質是相當于將熱電極延長。根據中間溫度定律，只要熱電偶和補償導線的二個接點溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的；三是計算修正法。修正公式為：
四是電橋補償法。利用不平衡電橋產生的電動勢補償熱EAB(t,t0)?EAB(t,t1)?EAB(t1,t0)；
電偶因冷端波動引起的熱電動勢的變化，工作原理如下圖所示。
t圖中，e為熱電偶產生的熱電動勢，U為回路的輸出電壓�；芈分写恿艘粋�補償電橋。R1~R5及RCM均為橋臂電阻。RCM是用漆包銅絲繞制成的，它和熱電偶的冷端感受同一溫度。R1~R5均用錳銅絲繞成，阻值穩(wěn)定。在橋路設計時，使R1=R2，并且R1、R2的阻值要比橋路中其他電阻大得多。這樣，即使電橋中其他電阻的阻值發(fā)生變化，左右兩橋臂中的電流卻差不多保持不變，從而認為其具有恒流特性。線路設計使得I1=I2=I/2=0.5mA。
回路輸出電壓U為熱電偶的熱電動勢e、橋臂電阻RCM的壓降URCM及另一橋臂電阻R5的壓降UR5三者的代數和：
U?e?URCM-UR5
當熱電偶的熱端溫度一定，冷端溫度升高時，熱電動http://m.stanzs.com/news/55A87A8D814E41AC.html勢將會減小。與此同時，銅電阻RCM的阻值將增大，從而使URCM增大，由此達到了補償的目的。
自動補償的條件應為
?e?I1RCM??t
5．用鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶測量溫度，已知冷端溫度為40℃，用高精度毫伏表測得這時的熱電動勢為29.188mV，求被測點的溫度。
解：由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出E(40，0)=1.638mV，根據式(5-2-1)計算出
E(t,0)?(29.188?1.638)mV?30.826mV
再通過分度表查出其對應的實際溫度為
t?700?(30.826-29.129)?100?740.9℃ 33.275?29.129
6．已知鉑銠10-鉑(S)熱電偶的冷端溫度t0＝25℃，現(xiàn)測得熱電動勢E(t，t0)＝11.712mV，求熱端溫度是多少度?
解：由鉑銠10-鉑熱電偶分度表查出E(25，0)=0.161mV，根據式(5-2-1)計算出
E(t,0)?(11.712?0.161)mV?11.873mV
再通過分度表查出其對應的實際溫度為
t?1200?(11.873-11.851)?100?1216.8℃ 13.159?11.851
7．已知鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶的熱端溫度t＝800℃，冷端溫度t0＝25℃，求E(t，to)是多少毫伏?
解：由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表可查得E(800，0)=33.275mV，E(25，0)=1.024 mV，故可得 E(800，5)=33.275-1.024=32.251mV
8．現(xiàn)用一支鎳鉻-康銅(E)熱電偶測溫。其冷端溫度為30℃，動圈顯示儀表(機械零位在0℃)指示值為400℃，則認為熱端實際溫度為430℃，對不對?為什么?正確值是多少? 解：不對，因為儀表的機械零位在0℃，正確值為400℃。
9．如圖5.14所示之測溫回路，熱電偶的分度號為K，毫伏表的示值應為多少度? 答：毫伏表的示值應為(t1-t2-60)℃。
10．用鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶測量某爐溫的測量系統(tǒng)如圖5.15所示，已知：冷端溫度固定在0℃，t0＝30℃，儀表指示溫度為210℃，后來發(fā)現(xiàn)由于工作上的疏忽把補償導線A?和B?，相互接錯了，問：爐溫的實際溫度t為多少度?
解：實際溫度應為270℃，因為接反后不但沒有補償到，還抵消了30℃，故應該加上60℃。
2
圖5.14 圖5.15
【熱電偶傳感器習題】相關文章：
熱電偶的補償導線問題04-12
焊錫對熱電偶測溫誤差影響分析05-01
傳感器的論文05-01
再談傳感器04-30
手機傳感器的作用03-14
生物傳感器04-27
什么是傳感器類型04-26
什么是傳感器像素04-26