第13章溫度的測(cè)量

1、 13溫度的測(cè)量 11-1單選題單選題1、若采用相同材料構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)電極，那么，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，熱電偶的兩個(gè)接點(diǎn)之間，（ ）。 (A)僅接觸電勢(shì)為零；(B)總的熱電勢(shì)為零； (C) 僅單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)為零；(D)有電勢(shì)輸出2、已知在某特定條件下材料A與鉑電阻配對(duì)的熱電勢(shì)為13mV, 材料 B 與鉑配對(duì)的熱電勢(shì)為8mV，在此條件下材料 A 與材料 B 配對(duì)后的熱電勢(shì)為（ ）mV。 (A) 5；(B)8；(C) 13；(D) 213、用一熱電偶測(cè)量爐溫時(shí)，當(dāng)冷端溫度T0=30時(shí)，實(shí)測(cè)電勢(shì)為9.38 mV，在熱電偶分度表中對(duì)應(yīng)E(T，T0)的T=985，T0=30。由T0=30查分度表得

2、E(30，0）=0.17 mV ，則實(shí)際的爐溫T為（ ）。 (A) 熱電偶分度表中9.55 mV對(duì)應(yīng)的E(T，0)的T值； (B) 熱電偶分度表中9.21 mV對(duì)應(yīng)的E(T，0)的T值； (C)1015；(D) 955 4 用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫時(shí)，冷端溫度為T0=30，測(cè)得熱電勢(shì)E(T,T0)=39.2 mV。由熱電偶分度表，E(30,0)=1.2 mV。這時(shí)比較準(zhǔn)確的爐溫是熱電偶分度表中與（ ）對(duì)應(yīng)的溫度值。(A) 40.4 mV (B) 38.0 mV (C) 39.2 mV (D) 1.2 mV5 對(duì)一個(gè)測(cè)量爐溫的熱電偶，需要使用補(bǔ)償導(dǎo)線。在以下說明中，不正確的是（ ）。(A) 補(bǔ)

3、償導(dǎo)線把熱電偶的冷端引至0 或溫度恒定的場(chǎng)所(B) 補(bǔ)償導(dǎo)線連接在熱電偶的冷端和顯示儀表的中間(C) 在一定的溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶具有相同的熱電性能(D) 在一定的溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶具有相反的熱電性能 11-2填空題填空題 1、根據(jù)測(cè)溫傳感器的使用方式，測(cè)溫方法大體分為（接觸）式和（非接觸 ）式兩種。 2、溫標(biāo)是溫度的數(shù)值表示方法，是用來衡定物體溫度的尺度。常用的有（攝氏 ）溫標(biāo)、（華氏 ）溫標(biāo)和（國(guó)際 ）溫標(biāo)，它們的單位分別是（、 、K) 3、鉑熱電阻的電阻比是水（ 100 ）時(shí)的電阻值與0時(shí)的電阻值之比，它的值越高，表示鉑絲的（純度 ）越高。1、溫標(biāo)及其傳遞的主要內(nèi)容是什

4、么？溫標(biāo)及其傳遞的主要內(nèi)容是什么？ 通常用純物質(zhì)的三相點(diǎn)、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)和超導(dǎo)轉(zhuǎn)變點(diǎn)等作為溫度計(jì)量的固定點(diǎn)，并賦予固定點(diǎn)一個(gè)確定的溫度。選定一種測(cè)溫物質(zhì)制成測(cè)溫儀器，即溫度計(jì)，作為時(shí)現(xiàn)溫標(biāo)的儀器。 用固定點(diǎn)的溫度確定任意點(diǎn)溫度的數(shù)學(xué)關(guān)系式，即內(nèi)插公式。2、接觸法測(cè)溫和非接觸法測(cè)溫各有什么特點(diǎn)？接觸法測(cè)溫和非接觸法測(cè)溫各有什么特點(diǎn)？ 接觸式測(cè)溫是使被測(cè)物體與溫度計(jì)的感溫元件直接接觸，使其溫度相同，便可以得到被測(cè)物體的溫度。接觸式測(cè)溫時(shí)，由于溫度計(jì)的感溫元件與被測(cè)物體相接觸，吸收被測(cè)物體的熱量，往往容易使被測(cè)物體的熱平衡受到破壞。所以，對(duì)感溫元件的結(jié)構(gòu)要求苛刻，這是接觸法測(cè)溫的缺點(diǎn)，因此不適于小物體

5、的溫度測(cè)量。 非接觸式測(cè)溫是溫度計(jì)的感溫元件不直接與被測(cè)物體相接觸，而是利用物體的熱輻射原理或電磁原理得到被測(cè)物體的溫度。非接觸法測(cè)溫時(shí)，溫度計(jì)的感溫元件與被測(cè)物體有一定的距離，是靠接收被測(cè)物體的輻射能實(shí)現(xiàn)測(cè)溫，所以不會(huì)破壞被測(cè)物體的熱平衡狀態(tài)，具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。但非接觸測(cè)量的精度較低。 3、簡(jiǎn)述熱電偶測(cè)溫的原理。簡(jiǎn)述熱電偶測(cè)溫的原理。 由兩種不同的導(dǎo)體兩端相互緊密地接在一起，組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)的溫度不等(TT0)時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，稱為溫差電效應(yīng)，即熱電效應(yīng)。工作端或熱端溫度T，測(cè)量時(shí)，將其置于被測(cè)的溫度場(chǎng)中。自由端或冷端T0在測(cè)量時(shí)，其溫度應(yīng)保持恒定。這種由兩種不同導(dǎo)體組合并

6、將溫度轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)的傳感器叫做熱電偶。熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)EAB(T，T0)是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)EAB和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)EA和EB所形成。4、熱電偶測(cè)溫的充要條件？、熱電偶測(cè)溫的充要條件？ 只有當(dāng)熱電偶的兩個(gè)電極材料不同，且兩個(gè)接點(diǎn)的溫度也不同時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，熱電偶才能進(jìn)行溫度測(cè)量。 當(dāng)熱電偶的兩個(gè)不同的電極材料確定后，熱電勢(shì)便與兩個(gè)接點(diǎn)溫度T、T0有關(guān)。即回路的熱電勢(shì)是兩個(gè)接點(diǎn)的溫度函數(shù)之差。 5、即使溫度敏感元件的精度很高，在氣體溫度測(cè)量中也即使溫度敏感元件的精度很高，在氣體溫度測(cè)量中也會(huì)產(chǎn)生較大，試說明產(chǎn)生誤差的原因。會(huì)產(chǎn)生較大，試說明產(chǎn)生誤差的原因。 因存在誤差：表面溫度傳導(dǎo)誤差：

7、溫度敏感元件將會(huì)向周圍空氣傳熱，此時(shí)敏感元件就相當(dāng)于散熱片的作用。熱傳導(dǎo)過程對(duì)熱電偶測(cè)溫點(diǎn)就產(chǎn)生了一個(gè)明顯的溫度誤差；輻射誤差：熱量通過對(duì)流傳輸?shù)絺鞲衅鳎瑫r(shí)，傳感器的熱量會(huì)輻射到管道壁；分離誤差：由于粘滯效應(yīng)，置于氣流中的敏感元件表面的流體速度會(huì)降低到0。這樣會(huì)使接點(diǎn)的溫度升高，以至高于流動(dòng)的流體的靜態(tài)溫度。 6、為什么熱電偶要進(jìn)行冷端的溫度補(bǔ)償？冷端補(bǔ)償方法有哪些？、為什么熱電偶要進(jìn)行冷端的溫度補(bǔ)償？冷端補(bǔ)償方法有哪些？ 根據(jù)熱電偶的測(cè)溫原理，只有當(dāng)熱電偶的參考端的溫度保持不變時(shí)，熱電動(dòng)勢(shì)才是被測(cè)溫度的單值函數(shù)。我們經(jīng)常使用的分度表及顯示儀表，都是以熱電偶參考端為0為先決條件的。但在實(shí)際使

8、用中，因熱電偶長(zhǎng)度受到一定限制，參考端溫度直接受到被測(cè)介質(zhì)與環(huán)境溫度的影響，不僅難于保持0，而且往往是波動(dòng)的，無法進(jìn)行參考端溫度修正。因此，要把變化很大的參考端溫度恒定下來，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線法和參考端溫度恒定法。7、熱電偶溫度計(jì)與應(yīng)變片的工作原理有什么差異？、熱電偶溫度計(jì)與應(yīng)變片的工作原理有什么差異？ 熱電偶溫度計(jì)基于熱電效應(yīng)，物性型，能量轉(zhuǎn)換型；應(yīng)變片基于應(yīng)變效應(yīng)，結(jié)構(gòu)性，能量控制型。 8、測(cè)量溫度的金屬熱電阻應(yīng)具有什么特性？有哪些常用的材料？、測(cè)量溫度的金屬熱電阻應(yīng)具有什么特性？有哪些常用的材料？ 電阻溫度系數(shù)的值要大。溫度系數(shù)越大，靈敏度越高。純金屬的溫度系數(shù)比合金要高。一般使用純金屬；

9、 其材料的物理、化學(xué)性能應(yīng)穩(wěn)定； 電阻溫度系數(shù)要保持常數(shù)； 具有較高的電阻率，可以減少熱電阻體積和熱慣性； 材料容易提純，確保較好的復(fù)制性能。滿足以上要求的材料有鉑、銅、鐵和鎳，鉑和銅應(yīng)用較廣。9、 金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱敏電阻各有什么特點(diǎn)？金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱敏電阻各有什么特點(diǎn)？ 金屬電阻溫度計(jì)有正溫度系數(shù)，線性好，穩(wěn)定性好，可測(cè)10001200 )1 (332210tttRRtt 半導(dǎo)體熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù)。靈敏度高，熱敏電阻與溫度之間近似指數(shù)關(guān)系。 12.4應(yīng)用題應(yīng)用題 1、標(biāo)準(zhǔn)（參考）電極定律有何實(shí)際意義？已知在某特定條件下材料A與鉑電阻配對(duì)的熱電勢(shì)為13.967mV, 材料

10、 B 與鉑配對(duì)的熱電勢(shì)為 8.345mV, 求出在此條件下材料 A 與材料 B 配對(duì)后的熱電勢(shì)。解： 如果已知熱電偶的兩個(gè)電極A、B分別與另一電極C組成的熱電偶的熱電勢(shì)為EAC(T，T0)和EBC(T，T0)，則在相同接點(diǎn)溫度(T，T0)下，由A、B電極組成的熱電偶的熱電勢(shì)EAB(T，T0)為EAB(T，T0)= EAC(T，T0)EBC(T，T0)這一規(guī)律稱為標(biāo)準(zhǔn)電極定律，電極C稱為標(biāo)準(zhǔn)電極。 在工程測(cè)量中，由于純鉑絲的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，易提鈍，所以目前常將純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極。標(biāo)準(zhǔn)電極定律使得熱電偶電極的選配提供了方便。 材料 A 與材料 B 配對(duì)后的熱電勢(shì)：EAB= EACEBC

11、 =13.967-8.345=5.622 mV 2、熱敏電阻的電阻值R 與被測(cè)量溫度K之間的關(guān)系為 )3260exp(0585. 0R用這個(gè)熱敏電阻和三個(gè)電阻組成電橋，如圖所示。要求該電路的測(cè)量范圍為050 ，相應(yīng)的輸出電壓為05 V，并且輸出與輸入之間的關(guān)系盡可能地近似于線性。擬設(shè)計(jì)一個(gè)輸出端對(duì)稱電橋，試確定三個(gè)電阻的阻值和電源電壓u0。 解解：為了輸出與輸入之間的關(guān)系盡可能地近似于線性，令量程的端點(diǎn)和中點(diǎn)保持線性。熱敏電阻在這三點(diǎn)的電阻分別為： 8979)2733260exp(0585. 00R3297)273253260exp(0585. 025R1414)273503260exp(05

12、85. 050R 熱敏電阻在25和50的電阻變化量分別為 電橋的輸出電壓令電橋輸出端對(duì)稱，即R1=R4，R3=R0，輸出電壓可寫成： 56828979329702525RRR75658979141405050RRR)()(4321420432142310BDRRRRRRuRRRRRRRRuu)(1021120BDRRRRRRuu5 . 2)8979)(3297(56820111uRRR5)8979)(1414(75650111uRRR分別代入25和50時(shí)的熱敏電阻和輸出電壓值，有：解方程組，得：R1=2337 u0=12 V于是，三個(gè)電阻分別為R1= R4=2337 ，R3=8979 ，電源電

13、壓12 V 3 一個(gè)鉑熱電阻應(yīng)用于一個(gè)鉑熱電阻應(yīng)用于0200的范圍，其電阻值的范圍，其電阻值RT 與溫度與溫度t 之之間的關(guān)系為間的關(guān)系為RT=R0(1+At+Bt2)。已知該熱電阻的電阻比。已知該熱電阻的電阻比W(100)=1.3910，R0=100 。在。在t=200 測(cè)得測(cè)得R200=177.03 。試確。試確定系數(shù)定系數(shù)A，B的值，當(dāng)?shù)闹担?dāng)t=100 時(shí)的線性誤差。時(shí)的線性誤差。解解：當(dāng)t=100 ，R100=W(100)R0=1.39100=139.1 把已知數(shù)據(jù)代入電阻與溫度的關(guān)系式，有139.10=100(1+100A+1002B)177.03=100(1+200A+2002B

14、)解方程組，得A=3.97103 1B=5.85107 2100 時(shí)，熱電阻的線性值515.138203.17710022000100RRR這時(shí)，線性誤差為 %76. 0076. 010003.177515.13810.1390200100100RRRR 4 圖示為三線熱電阻電橋電路，其中圖示為三線熱電阻電橋電路，其中RT為一個(gè)鉑熱電阻；為一個(gè)鉑熱電阻；RL1，RL2和和RL3分別為導(dǎo)線電阻。在分別為導(dǎo)線電阻。在0時(shí)，熱電阻的電阻為時(shí)，熱電阻的電阻為100 ，并且電，并且電橋處于平衡狀態(tài)。已知電阻橋處于平衡狀態(tài)。已知電阻R1=R3=R4=100 ；電源電壓；電源電壓u0=6 V，輸，輸出電壓出電壓uBD=1 V。如果。如果(1) 忽略導(dǎo)線的電阻；忽略導(dǎo)線的電阻；(2) 導(dǎo)線的電阻值均為導(dǎo)線