传感器学习指导 试题库

思考题和习题

1.简述热电偶与热电阻的测温原理。

答：热电偶的测温原理是基于热电效应。即两种不同材料的导体或半导体组成的闭合回

路，当两接点温度不同时，则在该回路中就会产生电动势，根据电动势的大小就可以用

来测量温度。

热电阻的测温原理是基于电阻的热效应。即利用导体或半导体的电阻值随温度变化

而变化的原理进行测温的。

2.试证明热电偶的中间导体定律。说明该定律在热电偶实际测温中的意义。

答：在下图所示的回路中，温差电势可忽略不计，则回路中的总热电势等于各接点的

接触电势之和。即

EABCQ，0）=eAB（%）+eBC（^0）+eCA（"0）

当t二to时，有：

或eBC（%o）+eCA伉）=~eAB伉）

将（15—10）式代入（15—9）式中得：

EABC9"）=⑺-eAB«0）=EAB亿4）

根据热电偶的中间导体定律，可以在热电偶的回路中引入各种仪表、连接导线等，

只要保证热电偶自由端两个接点的温度相同，不影响热电偶回路中热电势的大小。

3.什么是热电偶的中间温度定律。说明该定律在热电偶实际测温中的意义。

答：在热电偶测温回路中，tc为热电偶回路中某一点的温度（如教材图15-10所示），

热电偶AB在接点温度为t、t。时的热电势EABH,t。）等于热电偶AB在接点温度t、

和tc、t。时的热电势EAB（t,tc）和&B（tc,to）的代数和,即：

EAB）=EAB（，,％）+^AB（%,，o）

该定律是参考端温度计算修正法的理论依据，在实际热电偶测温回路中,利用热电

偶这一性质，可对参考端温度不为0℃的热电势进行修正。另外根据这个定律，可以连

接与热电偶热电特性相近的导体A和5',见教材图15-10,将热电偶冷端延伸到温度

恒定的地方，这就为热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。

4.用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？常用的冷端温度补偿的方法有哪几

种？并说明其补偿的原理。

答：从热电偶测温基本公式可以看到，当热电偶材料选定以后，热电偶产生的热电动势

只与热端和冷端温度有关，即

EAB(t,0)=EAB(t,to)+EAB(to,0)

只有当冷端温度恒定时，热电偶的热电势和热端温度才有单值的函数关系。此外

热电偶的分度表是以t0=o℃作为基准进行分度的，而在实际使用过程中，冷端温度往

往不为0℃,所以必须对冷端温度进行处理，消除冷端温度的影响。

采用的冷端温度补偿的方法通常有补偿导线法、冷端温度修正法、冷端温度恒温

法、补偿电桥法及热电偶冷端温度补偿芯片。

5.什么是补偿导线？为什么要采用补偿导线？目前的补偿导线有哪几种类型？在使用

中应注意哪些问题？

答：一对廉价的金属导线与热电偶组成回路，使热电偶的冷端延长，且这对金属导线

的热电特性在一定的温度范围内与热电偶相同或基本相同，这对金属导线称为补偿导

线。

在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传输到远离现场数十米远的控制室

里的显示仪表或控制仪表，这样冷端温度t。比较稳定。热电偶一般做得较短，一般为

350mm〜2000mm,需要用导线将热电偶的冷端延伸出来，而对于贵重热电偶来说价格太

高，所以通常用补偿导线将热电偶的冷端延伸到温度比较恒定的地方。

目前的补偿导线有延伸型补偿导线和补偿型补偿导线两种类型。延伸型补偿导线

用字母“X”表示，延伸型补偿导线材料与热电偶电极的材料相同；补偿型补偿导线用

字母“C”表示。补偿导线的型号的头一个字母与配用的热电偶的型号相对应，第二个

字母表示补偿导线的类型，如补偿导线的型号为KC,是K型热电偶的补偿型补偿导线,

如KX是K型热电偶的延伸型补偿导线。

在使用补偿导线时应注意以下问题：

①补偿导线只能在规定的温度范围(一般为。〜100℃)内使用；

②不同型号的热电偶应配用不同的补偿导线；

③补偿导线的正、负极应分别与热电偶的正、负极相连；

④热电偶与补偿导线相连的两个接点应保持相同的温度。

6.IEC推荐的标准化热电偶有哪几种？请叙述常用几种热电偶的特点？

答：国际电工委员会（IEC）向世界各国推荐8种标准化热电偶，钳错30一粕错6、柏

铭10—钳、伯铭13一伯、银铭一银硅、银铭一铜银、银铭硅-银硅、铁-铜银和铜-铜银

（铜保我国通常称为康铜）。其中常用的热电偶有钻错10—粕、粕错30一柏错6、银铭

一银硅和银铭一铜银。

柏铭10—粕热电偶（S型）是贵重热电偶。这种热电偶复制精度和测量准确度较高,

在1300℃以下的范围内可长时间使用，在氧化性或中性介质中具有较高的物理化学稳

定性，可用于精密温度测量。其主要缺点是金属材料的价格昂贵，热电灵敏度低，热电

特性非线性较大，在高温时易受还原性气体发出的蒸汽和金属蒸汽的侵害而变质，失去

测量准确度。

钳铭30—伯铭6热电偶（B型）也属贵重热电偶，它具有S型热电偶的各种特点。

两个柏错电极抗污染能力强，长期使用温度可达1600℃„这种热电偶产生的热电势很

小（在所有标准化热电偶中热电势为最小），当测量温度小于50℃时，热电势小于3口v,

因此在测量高温时可不考虑自由端的温度补偿。

银铭一银硅热电偶（K型）是一种使用十分广泛的贱金属热电偶。热电极材料具有

较好的高温抗氧化性，长时间测量900℃以下的温度，这种热电偶还具有复现性好，产

生的热电势大，而且线性好，价格便宜等优点。虽然测量精度偏低，但完全可以满足一

般工业测量要求。它的主要缺点是用于还原性介质中电极会受到腐蚀，这种情况下只能

用于测量500℃以下的温度。

保铭一铜银热电偶（E型）在我国通常称为镶铭一康铜热电偶。这种热电偶热电灵

敏度大，在所有标准化热电偶中为最大，可测量微小变化的温度，另外它可在高湿度气

体环境中使用。其缺点是铜银合金难于加工，热电均匀性较差，不能用于还原性介质中。

7.用K型热电偶测量温度如图所示。显示仪表测得热电势为30.18mv,其参考端温度为

30℃,求被测介质的实际温度。

补偿导线

显示仪表

解：由题意热电偶回路产生的电动势为E（t,30）,即E（t,30）=30.18mv,其中t为被

测介质温度。

由分度表可查得E（30,0）=1.203mv,则

E（t,0）=E（t,30）+E（30,0）=30.18+1.203=31.383mv

再由分度表中查出与其对应的实际温度为754℃

8.用两只K型热电偶测量两点温差，其连接线路如图所示。已知匕=420℃,to=3O℃,

测得两点的温差电势为15.24mv,试求两点的温差为多少？后来发现，如温度下的那只热电

偶错用E型热电偶，其他都正确，试求两点实际温差。

解；测量两点温差时，可把两种同种分度号的热电偶反向串联，如图所示。则温差电势为

EAB（tt，t2）=EAB（tt，to）-EAB（t2，to）

EAB（t2，to）=EAB（ti，to）-EAB（ti，tj）

=EAB（ti，0）-EAB（to，0）-EAB（ti,t2）

=17.243-1.203-15.24=0.8mv

EAB（t2，0）=EAB（t2，to）+EAB（to，0）=0.8+1,203=2.003mv

查K型分度表得：t2=49.5℃

tj,t2温差为△t=ti-t尸370.5°C

EAB（t2,to）=ECD（ti,to）-EAB（ti,t2）

EAB（ti，0）-EAB（to，0）-EAB（ti,t2）

=30.550-1.801-15.24=13.509mv

查K型分度表得：t2=331℃

tl,t2之间的实际温差为△t=tl-t2=89℃

9.试述压力的定义。什么是大气压力、绝对压力、表压力、负压力和真空度？并说明

它们的关系。

答：压力定义为均匀而垂直作用于单位面积上的力。

大气压力指地球表面上的空气柱重量所产生的压力。

表压力是绝对压力与大气压力之差。

当某压力的绝对压力小于大气压力，则该压力的表压力为负压。

负压又可用真空度表示，负压的绝对值称为真空度。

10.测量某管道蒸汽压力，压力表低于取压口8m,如图所示，已知压力表示值p=6Mpa,

当温度为60℃时冷凝水的密度为985.4kg/m3,求蒸汽管道内的实际压力及压力表低于取压

口所引起的相对误差。

缺图

解：压力信号管内凝结水水柱产生的压力为

Pgh=985.4X9.8X8=77255.36Pa

压力表示值为蒸汽管道内的压力和压力信号管内水柱的压力之和，所以蒸汽管道内的实际压

力为

p=6X106-77255.36=5922744.64Pa

压力表低于取压口所引起的相对误差为

6=77255.36/5922744.64=1.3%

11.某容器的正常工作压力为1.2〜1.6MPa,工艺要求就地指示压力，并要求测量误差

不大于被侧压力的±5%。试选择一只合适的压力传感器（类型、测量范围、精度等级），并

说明理由。

解：设弹簧管压力表的量程为A,则根据最大工作压力有

3

A>1.64--=2.13Mpa

4

根据压力表量程系列，初选0~2.5Mpa的弹簧管压力表。

根据最小压力应大于满量程的,，故满足要求。

3

由题意，被测压力的允许最大绝对误差为

Amax=l.1X5%=O.055Mpa

要求所选仪表的引用误差为Smax=X100%=2.2%

2.5

根据仪表的精度等级，可选择1.5级的压力表。

12.试述流量的定义。何谓体积流量和质量流量。

答：流量有瞬时流量和总量之分。瞬时流量是单位时间内流过管道某一截面的流体数量。总

量是在某一段时间间隔内流过管道某一截面的流体量的总和。一般情况下流量指的是瞬时流

量。

体积流量是指单位时间内通过某截面的流体的体积。而质量流量是指单位时间内通过某

截面的流体的质量。

13.已知管径D=120mm,管道内水流动的平均速度万=1.8m/s,水的密度P=988kg/

确定该状态下水的质量流量和体积流量。

四.解：体积流量q=vA=1.8x-D2=0.0203m3/5=73.08zn3//z

v4

质量流量qm=pq.=72.796〃//=72796kg/h

14.利用差压式流量传感器测量流量应有哪几部分组成？画出系统构成图，并说明各个

部分的作用。

答：差压式流量传感器测量流量应包括节流装置、差压引压导管及差压计或差压变送器等组

成。下图为一个差压式流量检测系统的结构示意图。

1——节流装置；2——压力信号管路；3——差压变送器；4——电流信号传输线；

5---开方器；6----显示仪表

节流装置是将被测流体的流量值变换成差压信号Ap;节流装置输出的差压信号由压

力信号管路输送到差压变送器（或差压计）。差压变送器是将差压信号转换成标准的电流信

号（如4〜20mA）；由流量基本方程式可以看出，被测流量与压差Ap成平方根关系，对于直

接配用差压计显示流量时，流量标尺是非线性的，为了得到线性刻度，可加开方运算电路或

加开方器；显示仪表则显示流量的大小。

15.试述差压式流量传感器测量流量的基本原理。

答：流体在流动过程中，当流体通过阻力件时，由于流通面积突然缩小，使流束产生局部收

缩，流速加快，静压力降低，因而在阻力件前后出现压力差，可以通过测量此差压的大小达

到测量流量的目的。

16.用标准孔板节流装置配DDZ型电动差压变送器（不带开方器），测量某管道的流

量，差压变送器最大的差压对应的流量为32m3/h。试求当变送器输出电流为16mA时，实

际流过管道的流量是多少？

解：标准孔板节流装置测量的流量q与输出差压》的平方根成正比，差压变送器输出电流

为4〜20mA,所以流量q与差压变送器输出电流的变化量AZ的平方根成正比。设实际流过

管道的流量为q,这样有：

32q

720-4—716-4

解得：q=27.7m3/h