发布时间 : 星期六 文章传感器与自动检测技术习题参考答案@余成波 - 图文更新完毕开始阅读
(Tn，T0)时的热电动势EAB(T，Tn)与EAB(Tn，T0)之和——这就是中间温度定律。其中Tn称为中间温度。
中间温度定律的实用价值在于：当自由端温度不为0℃时，可利用该定律及分度表求得工作端温度T，另外热电偶中补偿导线的使用也依据了以上定律。
例3.4 用镍铬—镍硅热电偶测炉温时，其冷端温度T = 30℃，在直流电位计上测得的热电势
EAB (T，30℃)为30.839mV，试求炉温为多少。
分析： EAB (T，T0) = EAB (T，Tn)+ EAB (Tn，T0)
EAB (T，Tn)已知，EAB (Tn，T0)已知，先求EAB (T，T0)再查分度表得出炉温了。
解：(1) 查镍铬——镍硅热电偶K分度表
EAB (Tn，0℃) = EAB (30℃，0℃)= 1.203mv (2) EAB (T，0℃) = EAB (T，Tn)+ EAB ( Tn，0℃) = EAB (T，30℃)+ EAB (30℃,0℃) =30.839+1.203=32.042(mv)
(3) 再查分度表
EAB (T，0℃) =32.042mv的温度值为 770℃
（3） 参考电极定律(也称组成定律)
如图3.67所示已知热电极A、B与参考电极C组成的热
电偶在结点温度为(T，T0)时的热电动势分别为EAC (T，T0)与EBC (T，T0)，则相同温度下，由A、B两种热电极配对后的热电动势EAB(T，T0)可按下面公式计算：
EAB (T，T0) = EAC (T，T0)－ EBC (T，T0) （3-116）
图3.67 热电偶参考电极定律示意图
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参考电极定律大大简化了热电偶选配电极的工作，只要获得有关热电极与参考电极配对的热电动势，那么任何两种热电极配对时的电动势均可利用该定律计算，而不需逐个进行测定。
例3.5 当T为100℃，T0为0℃时，铬合金－铂热电偶的E(100℃，0℃)=+3.13mV， 铝合金－铂热电偶E(100℃，0℃)为－1.02mV，求铬合金一铝合金组成热电偶材料的热电势E(100℃，0℃)。
解：设铬合金为A，铝合金为B，铂为C 即 EAC (100℃，0℃)=3.13 EBC (100℃，0℃)=1.02
则 EAB (100℃，0℃)= EAC (100℃，0℃) — EBC (100℃，0℃) = 3.13－（-1.02）= 4.15mV
3.31 用镍铬-镍硅（K型）热电偶测温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV，求被测点温度。
解：分析： EAB (T，T0) = EAB (T，Tn)+ EAB (Tn，T0)
EAB (T，Tn)已知，EAB (Tn，T0)已知，先求EAB (T，T0)再查分度表得出炉温了。
(1) 查镍铬——镍硅热电偶K分度表
EAB (Tn，0℃) = EAB (40℃，0℃)= 1.611mv
(2) EAB (T，0℃) = EAB (T，Tn)+ EAB ( Tn，0℃) = EAB (T，40℃)+ EAB (30℃,0℃) =29.188+1.611=30.799(mv)
(3) 再查分度表
EAB (T，0℃) =30.799mv的温度值为 740℃
3.32 试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。 解：1) 冷端恒温法
将热电偶的冷端置于冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持0℃不变。
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2) 计算修正法
利用中间温度定律计算修正。此时应使冷端维持在某一恒定(或变化较小)的温度上。可以将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温度略高于环境温度的上限。或将热电偶的冷端置于大油槽或空气不流动的大容器中，利用其热惯性，使冷端温度变化较为缓慢。
3) 仪表机械零点调整法
当热电偶与动圈式仪表配套使用时，若热电偶的冷端温度比较恒定，对测量精度要求又不太高时，可将动圈式仪表的机械零点调至热电偶冷端所处的温度T0处，这相当于在输入热电偶的热电动势前就给仪表输入一个热电动势E (T0，0℃)。 4) 电桥补偿法
如图所示，R1 、R2 、R3和限流电阻Rg（由温度系数很小的锰铜丝做成），Rcu由电阻温度系数较大的铜线或镍线绕制而成。
U0 = E (T, T0 )+U ad
当环境温度为20℃ 时，设计电桥处于平衡状态，此时
Uab=0，电桥无补偿作用。当环境温度升高，热电偶冷
端温度也随之升高，此时热电偶的热电动势就有所降低。这时Rcu的阻值随环境温度升高而增大，电桥失去平衡，U ab上升并与EAB (T，T0))迭加，若适当选择桥臂电阻和电流的数值，可以使Uab正好补偿热电偶冷端温度升高所降低的热电动势值。由于电桥设计在20℃时平衡，则测温仪表的机械零点要预先调到20℃处。
3.33 将一灵敏度为0.08mV/℃的热电偶和电压表相连接，电压表接线端是50℃，若电位计读数是60mV，热电偶的热端温度是多少？ 答：参考题3.31
3.34 请说明热电偶的参考端在实际应用中的意义和处理方法。
答：由热电偶的测温原理可知，热电偶产生的热电动势大小与两端温度的有关，热电偶的输出电动
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势只有在参考端温度不变的条件下，才与工作端温度成单值函数。
热电偶的在实际应用中选用应根据被测温度、压力、介质性质、测温时间长短来选择热电偶和保护管，其安装位置要有代表性，安装方法要正确。
3.35 光电效应有哪几种？与之对应的光电元件各是哪些？请简述其特点。 答：光电效应一般分为外光电效应、光电导效应和光生伏特效应。
1．外光电效应
在光线照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，也叫光电发射效应。其中，向外发射的电子称为光电子，能产生光电效应的物质称为光电材料。
物体在光的照射下，电子吸收光子的能量后，一部分用于克服物质对电子的束缚，另一部分转化为逸出电子的动能。当光子的能量大于电子逸出功时，物质内的电子脱离原子核的吸引向外逸出，就产生了外光电效应。
2．内光电效应
在光线照射下，物体内的电子不能逸出物体表面，而使物体的电导率发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。
1）光电导效应
在光线作用下，电子吸收光子能量后而引起物质电导率发生变化的现象称为光电导效应。 绝大多数的高电阻率半导体材料都存在这种效应，当光照射到半导体材料上时，材料中处于价带的电子吸收光子能量后，从价带越过禁带激发到导带，从而形成自由电子，同时，价带也会因此形成自由空穴，即激发出电子—空穴对，从而使导带的电子和价带的空穴浓度增加，引起材料的电阻率减小，导电性能增强。
2）光生伏特效应
在光线照射下，半导体材料吸收光能后，引起PN结两端产生电动势的现象称为光生伏特效应。 当PN结两端没有外加电压时，在PN结势垒区存在着内电场，其方向是从N区指向P区，如图所示。当光照射到PN结上时，如果光子的能量大于半导体材料的禁带宽度，电子就能够从价带激发到导带成为自由电子，价带成为自由空穴。从而在PN结内产生电子—空穴对。这些电子—空穴对在PN结的内部电场作用下，电子移向N区，空穴移向P区，电子在N区积累，空穴在P区积累，从而使PN结两端形成电位差，PN结两端便产生了光生电动势。
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