PAGE1PAGE1《自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》（“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材）統(tǒng)一書號：ISBN978-7-111-62119-5第九章熱電偶傳感器思考題與練習(xí)題分析說明：填空中的“紅色文字”以及分析題中的“提示”并不等于就是答案，只是給出了怎樣解題的思路和分析方法，給讀者一點(diǎn)啟發(fā)。作者還在有關(guān)題目中，增加了一些新的技術(shù)和應(yīng)用型知識。限于篇幅的限制，有的傳感器的內(nèi)容無法在本教材正文中展開來講的，現(xiàn)在有了這個(gè)“思考題與習(xí)題分析”，就可以在此展開介紹，希望對讀者有一點(diǎn)幫助。部分分析采用口語化的型式，希望能夠提高讀者的興趣。所展開的知識可能有一部分超過本教材的深度，讀者可以上網(wǎng)對照理解和提高。希望讀者看完本分析之后，就其中的疑難、錯(cuò)誤等問題，來信與作者進(jìn)行探討，郵箱為liangsen2@126.com，上海電機(jī)學(xué)院的梁森老師以及作者團(tuán)隊(duì)會(huì)認(rèn)真與大家交流。謝謝大家。1．單項(xiàng)選擇題1）兩端密閉的彈簧管（又稱波登管，見圖1-7）中的氣體溫度升高后，氣體對容器內(nèi)壁的壓強(qiáng)隨之增大，彈簧管的截面趨向于圓形，截面的短軸力圖伸長，長軸縮短。截面形狀的改變導(dǎo)致彈簧管趨向伸直，一直到與壓力的作用相平衡為止使彈簧管撐直，從而可用于測量溫度。從微觀上分析，彈簧管內(nèi)部壓強(qiáng)隨溫度增大的原因是____穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)的氣體分子，它的直徑也是穩(wěn)定的___。A．氣體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇，撞擊容器內(nèi)壁的能量增大B．氣體分子的直徑增大C．氣體分子之間的排斥力增大D．氣體分子對容器壁的碰撞后的動(dòng)量總和減小圖1-7電位器式壓力傳感器示意圖1－彈簧管（敏感元件）2－電位器（傳感元件、測量轉(zhuǎn)換電路）3－電刷4－傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（齒輪-齒條）2）正常人的體溫為37℃，則此時(shí)的華氏溫度約為__(9/5)×37+32____，熱力學(xué)溫度約為___加上273A．32F，100KB．99F，236KC．99F，310KD．37F，310K3）__溫度差值___的數(shù)值越大，熱電偶的輸出熱電動(dòng)勢就越大。A．熱端直徑B．熱端和冷端的溫度C．熱端和冷端的溫差D．熱電極的電導(dǎo)率4）測量鋼水的溫度，最好選擇___上網(wǎng)查鋼的熔點(diǎn)___熱電偶；測量鋼退火爐的溫度，最好選擇___小于900℃___熱電偶；測量汽輪機(jī)高壓蒸氣（200℃左右）的溫度，且希望靈敏度高一些，選擇___查表9-2A．RB．BC．SD．KE．E5）測量CPU散熱片的溫度應(yīng)選用____很薄的__型的熱電偶；測量鍋爐煙道中的煙氣溫度，應(yīng)選用___工業(yè)中常用的___型的熱電偶；測量100m深的巖石鉆孔中的溫度，應(yīng)選用___很長的___型的熱電偶。A．普通B.鎧裝C．薄膜D．熱電堆6）鎳鉻-鎳硅熱電偶的分度號為___查表9-2___，鉑銠13-鉑熱電偶的分度號是___查表9-2___，鉑銠30-鉑銠6熱電偶的分度號是___表9-2中最高的___。A．RB．BC．SD．KE．E7）在熱電偶測溫回路中經(jīng)常使用補(bǔ)償導(dǎo)線的最主要的目的是___“補(bǔ)償”這個(gè)名詞用在補(bǔ)償導(dǎo)線上是名不副實(shí)的___。A．補(bǔ)償熱電偶冷端熱電動(dòng)勢的損失B．起冷端溫度補(bǔ)償作用C．將熱電偶冷端延長到遠(yuǎn)離高溫區(qū)的地方D．提高靈敏度8）在圖9-9中，熱電偶新的冷端在___A'、B'與兩根銅導(dǎo)線接線盒的位置___。A．溫度為t處B．溫度為tn處C．溫度為t0處D．毫伏表接線端子上9）在實(shí)驗(yàn)室中測量金屬的熔點(diǎn)時(shí)，冷端溫度補(bǔ)償采用___實(shí)驗(yàn)室的條件允許……___，可減小測量誤差；而在車間，用帶微處理器的數(shù)字式測溫儀表測量爐膛的溫度時(shí)，應(yīng)采用___帶微處理器的數(shù)字式儀表的特點(diǎn)是：有很強(qiáng)的計(jì)算能力所以……___較為妥當(dāng)。A．計(jì)算修正法B．儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法C．冰浴法D．冷端補(bǔ)償器法（電橋補(bǔ)償法）2．在煉鋼廠中，有時(shí)直接將廉價(jià)熱電極（易耗品，例如鎳鉻、鎳硅熱偶絲，時(shí)間稍長即熔化）插入鋼水中測量鋼水溫度，如圖9-15所示。試說明圖9-15用浸入式熱電偶測量熔融金屬示意圖1－鋼水包2－鋼熔融體3－熱電極A、B4－熱電極接線柱5－補(bǔ)償導(dǎo)線6－保護(hù)管7－補(bǔ)償導(dǎo)線與毫伏表的接線柱8－毫伏表1）為什么不必將工作端焊在一起？2）要滿足哪些條件才不影響測量準(zhǔn)確度？采用上述方法是利用了熱電偶的什么定律？3）如果被測物不是鋼水，而是熔化的塑料行嗎？為什么？提示：1）為什么不必將工作端焊在一起：要從被測對象的特性來考慮……2）要滿足哪些條件才不影響測量準(zhǔn)確度？采用上述方法是利用了熱電偶的什么定律：中間導(dǎo)體定律？中間溫度定律？3）如果被測物不是鋼水，而是熔化的塑料行嗎？為什么？要從塑料的特性來考慮……3．用鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶測溫度，已知冷端溫度t0為0℃，用高準(zhǔn)確度毫伏表測得這時(shí)的熱電動(dòng)勢為30.798mV，求被測點(diǎn)溫度。提示：由于冷端溫度t0為0℃，就可以直接用30.798mV來“倒查”附錄E熱電偶分度表，得到被測點(diǎn)溫度為……4．圖9-16所示為鎳鉻-鎳硅熱電偶測溫電路，熱電極A、B直接焊接在鋼板上（V型焊接），A'、B'為補(bǔ)償導(dǎo)線，Cu為銅導(dǎo)線，已知接線盒1的溫度t1=40.0℃，冰水溫度t2=0.0℃，接線盒2的溫度t3=圖9-16采用補(bǔ)償導(dǎo)線的鎳鉻-鎳硅熱電偶測溫示意圖1）當(dāng)Ux=39.314mV時(shí)，計(jì)算被測點(diǎn)溫度tx。2）如果A＇、B＇換成銅導(dǎo)線，此時(shí)Ux=37.702mV，再用計(jì)算修正法求tx。3）直接將熱電極A、B焊接在鋼板上時(shí)，tx與tx＇哪一個(gè)略大一些？為什么？如何減小這一誤差？1）當(dāng)Ux=39.314mV時(shí)，計(jì)算被測點(diǎn)溫度tx：提示：根據(jù)圖9-16，由于熱電偶的末端（A、B）與補(bǔ)充導(dǎo)線（A＇、B＇）相連接，所以熱電偶的冷端被延長到補(bǔ)償導(dǎo)線的末端，新的冷端在“冰瓶”的位置。由于冰瓶的溫度為0℃，所以可直接查附錄E，得到被測點(diǎn)溫度t=……2）如果A＇、B＇換成銅導(dǎo)線，此時(shí)Ux=37.702mV，再用計(jì)算修正法求tx：提示：如果A＇、B＇換成銅導(dǎo)線，熱電偶的冷端就不在冰瓶的位置，而只是在熱電偶與銅線的連接處（“接線盒1”的位置）。由于熱電偶的冷端不為0℃，那么就不能直接查附錄E，而要按照式（9-3）來計(jì)算并補(bǔ)償冷端不為0℃EAB(t,0℃)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0上式中，EAB(t,t0)是用毫伏表直接測得的熱電動(dòng)勢（毫伏數(shù)）大小。本題中，EAB(t,t0)≈Ux=37.702mV。EAB(t,t0)是熱電動(dòng)勢，是理論值；Ux是實(shí)測的熱電偶輸出電壓。EAB(t,t0)略小于Ux。修正的步驟：先測出冷端溫度t0。本題中，冷端溫度t0就是接線盒1的溫度，（已知t1=40.0℃）。②然后從該熱電偶分度表中查出EAB(t0,0℃)（此值相當(dāng)于損失掉的熱電動(dòng)勢），本題中，EAB(40C,0℃)=③把EAB(t0,0℃)加到所測得的EAB(t,t0)上。EAB(t,t0)≈Ux④根據(jù)式（9-3）求出EAB(t0,0℃)=37.702mV+1.612mV=39.314mV（此值是已得到補(bǔ)償?shù)臒犭妱?dòng)勢，冷端接線盒的溫度高于0C，⑤根據(jù)EAB(t0,0℃)，再在分度表中查出相應(yīng)的溫度值t=？？？℃⑥補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果，被測溫度與第一小題的結(jié)果完全相等。這是因?yàn)椋罕粶y溫度是客觀存在的，不管如何接線，都不可能影響客觀存在的事實(shí)。如果計(jì)算結(jié)果不一致，就說明接線的方法不對或者是計(jì)算方法不對。⑦計(jì)算修正法共需要查分度表兩次。如果冷端接線盒的溫度低于0C，由于查出的EAB(t0,0℃計(jì)算修正法適用于熱電偶冷端溫度較恒定的情況。在智能化儀表中，查表及運(yùn)算過程均可由計(jì)算機(jī)完成。3）直接將熱電極A、B焊接在鋼板上時(shí)，tx與tx＇哪一個(gè)略大一些？為什么？如何減小這一誤差？直接將熱電極A、B焊接在鋼板上時(shí)，由于鋼板外表面有散熱現(xiàn)象，所以外表面的溫度會(huì)略低于鋼板的溫度。應(yīng)該在鋼板的表面敷設(shè)保溫層，例如“石棉”、“硅酸鋁纖維棉”等。5．圖9-17為利用XMT型儀表（見圖9-11b的接線說明）組成的熱電偶測溫、控溫電路。請正確連線。圖9-17利用XMT型儀表組成熱電偶測溫、控溫電路（直接在上圖中連線）圖9-01利用XMT型儀表組成熱電偶測溫、控溫電路的實(shí)物接線示意圖6．請到商店觀察符合國家標(biāo)準(zhǔn)的煤氣灶，再上網(wǎng)查閱有關(guān)資料，說明煤氣灶熄火保護(hù)裝置的基本工作原理。提示：煤氣灶的熄火保護(hù)裝置用于因各種因數(shù)導(dǎo)致火焰意外熄滅（例如沒有“點(diǎn)著”煤氣或者燒稀飯、面條溢出而澆滅火焰）燃?xì)馔ǖ辣蛔詣?dòng)切斷，防止煤氣逸出而造成火災(zāi)、人身安全事故。常見的煤氣灶具有兩種熄火保護(hù)方式：一種是離子感應(yīng)針式，一種是熱電偶式。1）感應(yīng)針式工作原理：感應(yīng)針檢測煤氣火焰中的離子，產(chǎn)生微弱電流，通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電磁閥。如果火焰意外熄滅，就能快速使電磁閥失電，從而切斷煤氣。感應(yīng)針式煤氣灶熄火保護(hù)工作過程是：①使用者用力向內(nèi)按入煤氣開關(guān)，并將它逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；②電磁閥的磁鐵被人為按到銜鐵上，燃?xì)馔ㄟ^電磁閥到達(dá)噴口；③點(diǎn)火電路產(chǎn)生斷續(xù)的電火花，煤氣被點(diǎn)燃；火焰“舔到了”離子感應(yīng)針，離子針、火焰、燃?xì)庠顨んw之間形成一個(gè)單向?qū)щ娀芈罚ㄅc二極管類似）。④由干電池逆變產(chǎn)生的交流激勵(lì)電壓被感應(yīng)針?biāo)鳎虼嗽跒V波電容兩端產(chǎn)生直流電壓，施加到煤氣灶內(nèi)面的單片機(jī)輸入端（高電平）；⑤單片機(jī)產(chǎn)生大約5mA的電流，電流流經(jīng)電磁閥，使電磁閥保持吸合；⑥使用者的手離開煤氣灶的開關(guān)，電磁閥的銜鐵依然被吸在磁鐵上；⑦當(dāng)煤氣灶意外熄火的時(shí)候，單片機(jī)輸入端的電壓為低電平，單片機(jī)使電磁閥失電。為了防止大風(fēng)造成偏焰（假熄火），單片機(jī)開始從6s倒計(jì)時(shí)。如果時(shí)間歸零，火焰仍未燒到離子感應(yīng)針，單片機(jī)即判斷此時(shí)已經(jīng)熄火，使電磁閥的端電壓為零，同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警聲音，通知使用者。2）熱電偶式煤氣灶熄火保護(hù)工作原理：熱電偶被火焰所加熱，產(chǎn)生微弱的熱電動(dòng)勢，使電磁閥保持吸合狀態(tài)（點(diǎn)火時(shí)仍需要人工將磁鐵按到銜鐵上）。一旦遇到大風(fēng)或湯水等溢出，撲滅了火焰，熱電偶感受到的溫度下降，降到一定程度時(shí)，熱電偶產(chǎn)生的電壓不能維持電磁閥繼續(xù)吸