1、简述热电偶与热电阻的测量原理的异同。
答：(1). 相同点：都能测温度且只能直接测温度量
(2). 不同点：热电阻传感器原理为阻值大小变化对应温度变化，而热电偶传感器为热电动势大小变化对应温度变化
2、设一热电偶工作时产生的热电动势可表示为E
AB (t , t
)，其中A、B、t、t
各
代表什么意义？ t
在实际应用时常应为多少？
答：A、B——两热电极
T——热端温度，即被测温度
t
0————
冷端温度
t
常应为0℃
3、用热电偶测温时，为什么要进行冷端补偿？冷端补偿的方法有哪几种？
答：因工作现场常常缺乏使热电偶传感器的冷端保持在0℃的条件
4、热电偶在使用时为什么要连接补偿导线？
答：因为在使用热电偶测温时，必须将热电偶的参考端温度保持恒定，但在现场使用时，热电偶参考端往往处于高温热源附近，必须将它远离热源，移动到温度较为稳定的场所，又因补偿导线在规定使用温度范围内具为与热电偶相同的温度—热电势关系，因而它可以起到延长热电偶的作用，所以热电偶在使用时要连接补偿导线
5、什么叫测温仪表的准确度等级？
答：测温仪表的准确度等级是指测温仪表准确度的数字部分，也就是仪表的准确度去掉百分号。
6、什么是热电偶？
答：热电偶是通过测量电势从而测量温度的一种感温元件，是由两种不同成分的导体焊接在一起构成的。当两端温度不同时，在回路中就会有热电势产生，将温度信号转变为电信号，再由显示仪表显示出来。
7、为什么要进行周期检定？
答：各种计量器具由于在频繁的使用中会发生变化和磨损，失去原有的精度，从而影响量值的准确性。为使测量的数据准确，必须对各种计量器具进行周期检定。
8、利用热电偶测温具有什么特点？
答：测量精度高；结构简单；动态响应快；可作远距离测量；测量范围广。
计算题
1、用一K型热电偶测量温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得此
时的热电动势为，求被测的温度大小？
1、E AB（t0，t）= E AB（t0，t n）+ E AB（t n，t）
即E AB（0，t）= E AB（0，40℃）+ E AB（40℃，t）查表，得：
E AB（0，40℃）=
所以：E AB（0，t）=+=（mV）
查表，得t=740℃
2、用一K型热电偶测钢水温度，形式如图示。已知A、B分别为镍铬、镍硅
材料制成，A`、B`为延长导线。问：
1）满足哪些条件时，此热电偶才能正常工作？
t 01=t
02，
t
n1
=t
n2
2）A、B开路是否影响装置正常工作？原因？
不影响。因钢水导电且温度处处相同。
3）采用A`、B`的好处？为了使冷端远离高温区，降低测量成本
4）若已知t
01=t
02
=40℃，电压表示数为，则钢水温度为多少？
由E AB（t，t0）= E AB（t，t n）+ E AB（t n，t0）得：E AB（t，t0）=+=（mV）
查表得t=950℃
5）此种测温方法的理论依据是什么？中间温度定律
3、试说明下面各图中分别是测量哪些被测温度量？
图a)是测多点温度之和
图b)是测两点温度之差
图c)是测多点温度的平均值
湖南大学实验指导书 课程名称：实验类型： 实验名称：热电阻热电偶温度传感器校准实验 学生姓名：学号：专业： 指导老师：实验日期：年月日 一、实验目的 1.了解热电阻和热电偶温度计的测温原理 2.学会热电偶温度计的制作与校正方法 3.了解二线制、三线制和四线制热电阻温度测量的原理 4.掌握电位差计的原理和使用方法 5.了解数据自动采集的原理 6.应用误差分析理论于测温结果分析。 二、实验原理 1.热电阻 (1) 热电阻原理 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0—630.74℃以内，电阻Rt与温度t 的关系为： Rt=R0(1+At+Bt2) R0系温度为0℃时的电阻，铂电阻内部引线方式有两线制，三线制，和四线制三种，两线制中引线电阻对测量的影响最大，用于测温精度不高的场合，三线制可以减小热电阻与测量仪之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用与高精度温度检测。本实验是三线制连接，其中一端接二根引线主要是消除引线电阻对测量的影响。 (2) 热电阻的校验 热电阻的校验一般在实验室中进行，除标准铂电阻温度计需要作三定点，（水三相点，水沸点和锌凝固点）校验外，实验室和工业用的铂或铜电阻温度计的校验方法有采用比较法
《传感器与检测技术》试卷 班级:学号:姓名:成绩: 一、选择与填空题:(12分 1. 变面积式自感传感器,当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时,铁心上线圈的电感量(①增大②减小③不变。 2. 平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中, (①变面积型 ②变极距型③变介电常数型是线性的关系。 3. 在变压器式传感器中,一次侧和二次侧互感 M 的大小与一次侧线圈的匝数成(①正比②反比③不成比例 4. 号的器件或装置,传感器通常由直接响应于被测量敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。 5. 热电偶所产生的热电动势是由电动势和单一导体的温差电动势组成。 6. 定被测量的方法;零位测量是指在测量过程中,用指零仪表的零位指示,检测测 量系统的平衡状态;在测量系统达到平衡时,用已知的基准量决定被测未知量的方法;微差式测量是指综合了偏差式测量法与零位式测量法的优点而提出的方法。 二、简答题:(44分 1. 光纤传感器的工作原理。 (4分 答:光导纤维工作的基础是光的全内反射, 当射入的光线的入射角大 于纤维包层间的临界角时, 就会在光纤的接口上产生全内反射, 并在光纤内部以后的角度反复逐次反射,直至传递到另一端面。
光纤传感器利用光导纤维, 按其工作原理来分有功能型 (或称物性型、传感型 与非功能型(或称结构型、传光型两大类。功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的的波导, 而且具有测量的功能。非功能型光纤传感器其光纤只是作为传光的媒介, 还需加上其他敏感元件才能组成传感器。 2. 什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势?说明热电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素, 并说明减小误差的方法。 (5分 答:①热电动势:两种不同材料的导体(或半导体 A 、 B 串接成一个闭合回路, 并使两个结点处于不同的温度下, 那么回路中就会存在热电动势。因而有电流产生相应的热电动势称为温差电动势或塞贝克电动势,通称热电动势。 ②接触电动势:接触电动势是由两种不同导体的自由电子,其密度不同而在接触处形成的热电动势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度,而与导体的形状和尺寸无关。 ③温差电动势:是在同一根导体中, 由于两端温度不同而产生的一种电动势。 ④热电偶测温原理:热电偶的测温原理基于物理的“热电效应” 。所谓热电效应, 就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时, 若两个结点的温度不同, 那么在回路 中将会产生电动势的现象。两点间的温 差越大, 产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小,就可 测得温度的大小。 ⑤热电偶三定律 a 中间导体定律 热电偶测温时, 若在回路中插入中间导体, 只要中间导体两端的温度相同, 则对热电偶回路总的热电势不产生影响。在用热电偶测温时,连接导线及显示一起等均可看成中间导体。
传感器课程设计 设计题目：热电偶温度传感器 2010年12月30日 目录 1、序言 (3) 2、方案设计及论证 (4)
3、设计图纸 (9) 4、设计心得和体会 (10) 5、主要参考文献 (11) 一、序言 随着信息时代的到来，传感器技术已经成为国外优先发展的科技领域之一。测控系统的设计通常是从对象信息的有效获取开始的不同种类
的物理量不仅需要不同种类的传感器进行采集，而且因信号性质的不同，还需要采用不同的测量电路对信号进行调理以满足测量的要去。因此，触感其与检测技术在现代测量与控制系统中具有非常重要的地位。 而在所有的传感器中，热电偶具有构造简单、适用温度围广、使用方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快等特点，常用于高温区域、振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合。 因此，我们想设计一种热电偶传感器能够在低温下使用，可以适用于试验和科研中，测量为温度围：-200 ℃ ~500 ℃，电路不太复杂的简易的热电偶温度传感器，考虑到制作材料相对便宜，我们选择了铜-铜镍（康铜）。在选择测量电路时，我们从简单，符合测量围要求及热电偶的技术特性，我们采用了AD592对T型热电偶进行冷结点的补偿电路。这种型号的电路允许的误差（0.5 ℃或0.004x|t|）相对于其他类型的热电偶具有测量温度精度高，稳定好，低温时灵敏度高，价格低廉。能较好的满足测量围。 热电偶同其它种温度计相比具有如下特点： a、优点 ·热电偶可将温度量转换成电量进行检测，对于温度的测量、控制，以及对温度信号的放大、变换等都很方便， ·结构简单，制造容易， ·价格便宜， ·惰性小，
一、填空（ 30 分，每空分） 1、有一温度计，它的量程范围为 O s200C，精度等级为级。该表可能出现的最 大误差为，当测量1OO°C时的示值相对误差为。 2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 倍左右为宜。 3、传感器由、、三部分组成。 4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择型热敏电阻。 5、已知某铜热电阻在O C时的阻值为50Q,则其分度号是，对 于镍铬 - 镍硅热电偶其正极是。 6、霍尔元件采用恒流源激励是为了。 7、用水银温度计测量水温 , 如从测量的具体手段来看它属于测量。 二、选择题（3O 分，每题 2 分） 1、在以下几种传感器当中属于自发电型传感器。 A 、电容式 B 、电阻式 C 、压电式 D 、电感式 2、的数值越大 , 热电偶的输出热电势就越大。 A、热端直径 B 、热端和冷端的温度 C、热端和冷端的温差 D 、热电极的电导率 3、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的。 A、应变效应 B、电涡流效应 C、压电效应 D、逆压电效应 4、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。 A、电容和电感均为变量 B 、电容是变量，电感保持不变 C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持不变 5、在两片间隙为1mm勺两块平行极板的间隙中插入，可测得最大的容量。 A、塑料薄膜 B、干的纸 C、湿的纸 D、玻璃薄片 6、热电阻测量转换电路采用三线制是为了 A、提高测量灵敏度 B 、减小非线性误差 C、提高电磁兼容性 D 、减小引线电阻的影响 7、当石英晶体受压时，电荷产生在。 A、Z面上 B、X面上 C、Y面上 D、X、Y、Z面上 8、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是。 A、悬臂梁 B 、弹簧管 C、实心轴 D、圆环 9、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是。 A、补偿热电偶冷端热电势的损失 B 、起冷端温度补偿作用 C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D、提高灵敏度
传感器与自动检测技术 一、填空题（每题3分） 1、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的信号调节转换电路组成。 2、金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。 3、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。 4、金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。 5、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 6、金属应变片的灵敏度系数是指金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。 7、固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。 8、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 9、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 10、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 11、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 12、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 13、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用
第九章热电偶传感器 一、单项选择题 1）正常人的体温为37?C，则此时的华氏温度约为______，热力学温度约为______。 A. 32F，100K B. 99F，236K C .99F，310K D. 37F，310K 2）_____的数值越大，热电偶的输出热电势就越大。 A. 热端直径 B. 热端和冷端的温度 C. 热端和冷端的温差 D. 热电极的电导率 3）测量钢水的温度，最好选择______热电偶；测量钢退火炉的温度，最好选择_____热电偶；测量汽轮机高压蒸气（200?C左右）的温度，且希望灵敏度高一些，选择______热电偶为宜。 A. R B. B C. S D. K E .E 4）测量CPU散热片的温度应选用______型的热电偶；测量锅炉烟道中的烟气温度，应选用______型的热电偶；测量100m深的岩石钻孔中的温度，应选用______型的热电偶。 A. 普通 B.铠装 C. 薄膜 D. 热电堆 5）在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是______。 A. 补偿热电偶冷端热电势的损失 B. 起冷端温度补偿作用 C. 将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D. 提高灵敏度 二、分析与问答 1、简述热电偶与热电阻的测量原理的异同。 2、设一热电偶工作时产生的热电动势可表示为E AB(t , t0)，其中A、B、t、t0各 代表什么意义？t0在实际应用时常应为多少？ 3、用热电偶测温时，为什么要进行冷端补偿？冷端补偿的方法有哪几种？ 三、计算题 1、用一K型热电偶测量温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得此时 的热电动势为29.186mV，求被测的温度大小？ 2、用一K型热电偶测钢水温度，形式如图示。已知A、B分别为镍铬、镍硅材 料制成，A`、B`为延长导线。问： 1）满足哪些条件时，此热电偶才能正常工作？ 2）A、B开路是否影响装置正常工作？原因？ 3）采用A`、B`的好处？ 4）若已知t01=t02=40℃，电压表示数为37.702mV，则钢水温度为多少？ 5）此种测温方法的理论依据是什么？
部分传感器试题及答案 TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】
压电传感器 1、对石英晶体，下列说法正确的是（）。 A. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生。 B. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生。 C. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有电荷产生。 D. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生。 A 2、石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比正确的是（） A. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好 B. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好 C. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好 D. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压电陶瓷好 B 3、两个压电元件相并联与单片时相比说法正确的是（） A. 并联时输出电压不变，输出电容是单片时的一半 B. 并联时输出电压不变，电荷量增加了2倍 C. 并联时电荷量增加了2倍，输出电容为单片时2倍 D. 并联时电荷量增加了一倍，输出电容为单片时的2倍 D 4、两个压电元件相串联与单片时相比说法正确的是（） A. 串联时输出电压不变，电荷量与单片时相同 B. 串联时输出电压增大一倍，电荷量与单片时相同 C. 串联时电荷量增大一倍，电容量不变 D. 串联时电荷量增大一倍，电容量为单片时的一半 B 5、用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了（）原理。 A. 磁阻效应 B. 压阻效应 C. 正压电效应 D.逆压电效应 D 6、压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（）。 A ．前者比后者灵敏度高 B．后者比前者灵敏度高 C ．前者比后者性能稳定性好 D．前者机械强度比后者的好 A 7、压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（）。 A ．晶体厚度成反比 B．晶体面积成正比 C ．作用在晶片上的压力成正比 D．剩余极化强调成正比 C 8、压电式传感器目前多用于测量（）。 A ．静态的力或压力 B．动态的力或压力 C ．位移 D．温度 B 9、压电式加速度传感器是适合测量下列哪种信号（）。 A. 适于测量任意 B. 适于测量直流 C. 适于测量缓变 D. 适于测量动态 D 10、石英晶体在沿机械轴y 方向的力作用下会（）。 A ．产生纵向压电效应 B. 产生横向压电效应 C ．不产生压电效应 D. 产生逆向压电效应 B
《传感器与检测技术》试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。（2分） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积 增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关 系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈 的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 4、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件
. 上海中华职业技术学院20 10 ～20 11学年第 二 学期 2009 级 电气自动化 专业 编号＿＿＿ 传感器原理及应用 课程 期末 考试试卷 [A 卷]答案 考试形式说明：笔试开卷，允许带教材及笔记 考试时间：90分钟 一、 填空题：（每空1分，共计20分） 1、热电偶用于感温的一端称为 热 (热,冷)端,自由端是指 冷 端。 2、光敏电阻受光照时的电阻变 小(大,小),其响应较 慢 (快,慢)。 3、金属热电阻的电阻值随着温度的升高而 增大 ，一般表征为 正 （正、负）温度特性。 4、电容式传感器主要分为三类，分别为： 变介电常数型 、 变面积型
和 变间距型 。 5、检测方法按照被测量是否随时间变化分类分为： 静态测量 和 动态测量 。 6、超声波的发生基于 逆压电 效应，超声波的接收基于 正压电 效应。 7、一般传感器由三部分组成，分别为 敏感元件 、 转换元件 、 基本转换电路 。 8、目前国际上常用的温标有 摄氏温标 、 华氏温标 、 热力学温标、 国际实用温标 。 二、选择题（每题2分，共计30分） 1、 湿敏电阻的输出电阻值随着湿度的增加而 B 。 A 、增大 B 、减少 C 、不变 D 、不定 2、测得某检测仪表的输入信号中,有用信号为20毫伏,干扰电压也为20毫伏, 则此时的信噪比为 C 。 A 、20dB B 、1 dB C 、0 dB 3、下列传感器不能用来测位移的是 C 。 A 、电阻式传感器 B 、电容式传感器 C 、压电式传感器 D 、电感式传感器
4、如图所示，R1为固定电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时： C A、R1两端的电压增大 B、电流表的示数增大 C、小灯泡的亮度变强 D、小灯泡的亮度变弱 5、用摇控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换成电信号的过程．下列属于这类传感器的是 A A、红外报警装置 B、走廊照明灯的声控开关 C、自动洗衣机中的压力传感装置 D、电饭煲中控制加热和保温的温控器 6、传感器的输出量通常为 B A 非电量信号 B 电量信号 C 位移信号 D 光信号 7、人造卫星的光电池板利用了A 。 A光电效应B光化学效应C光热效应D感光效应 8、下列物理量中可以用气敏传感器来测量的是 D A 位移量 B 湿度 C 速度 D 烟雾浓度
常用温度传感器的对比分析及选择 大致的要点： 1．温度传感器概述：应用领域，重要性； 2．四种主要的温度传感器类型的横向比较 3．热电偶传感器 4．热电阻传感器 5．热敏电阻传感器 6．集成电路温度传感器以及典型产品举例 7．温度传感器的正确选择及应用 在各种各样的测量技术中，温度的测量可能是最为常见的一种，因为任何的应用领域，掌握温度的确切数值，了解温度与实际状态之间的差异等，都具有极为重要的意义。就以测量为例，在力的测量，压力，流量，位置及电平高低等测量的过程中，为了提高测量精度，通常都会要求对温度进行监视，如压力或力的测量，往往是使用惠斯登电阻电桥，但组成电桥的电阻随温度变化引起的误差，往往会大大超过待测力引起的电阻值变化，如不对温度进行监控并据此校正测量结果，则测量完全不可能进行或者毫无效果。其他参数测量也有类似问题，可以说，各种的物理量都是温度的函数，要得到精确的测定结果，必须针对温度的变化，作出精确的校正。本文就是帮助读者针对特定的用途，选择最为合适的温度传感器，并进行精确的温度测量。 工业上常用的温度传感器有四类：即热电偶、热电阻RTD、热敏电阻及集成电路温度传感器；每一类温度传感器有自己独特的温度测量范围，有自己适用的温度环境；没有一种温度传感器可以通用于所有的用途：热电偶的可测温度范围最宽，而热电阻的测量线性度最优，热敏电阻的测量精度最高。表1是四类传感器的各自独特的性能特性及相互比较。表2是四类传感器的典型应用领域。
热电偶--通用而经济 热电偶由二根不同的金属线材，将它们一端焊接在一起构成，如图1所示；参考端温度（也称冷补偿端）用来消除铁-铜相联及康铜-铜联接端所贡献的误差；而两种不同金属的焊接端放置于需要测量温度的目标上。 两种材料这样联接后会在未焊接的一端产生一个电压，电压数值是所有联接端温度的函数，热电偶无需电压或电流激励。实际应用时，如果试图提供电压或电流激励反而会将误差引进系统。 鉴于热电偶的电压产生于两种不同线材的开路端，其与外界的接口似乎可通过直接测量两导线之间的电压实现；如果热电偶的的两端头不是联接至另外金属，通常是铜，那末事情真会简单至此。 但热电偶需与另外一种金属联接这一事实，实际上又建立了新的一对热电偶，在系统中引入了极大的误差，消除此误差的唯一办法是检测参考端的温度（参见图1），以硬件或硬件-软件相结合的方式将这一联接所贡献的误差减掉，纯硬件消除技术由于线性化校正的因素，比软件-硬件相结合技术受限制更大。一般情况下，参考端温度的精确检测用热电阻RTD，热敏电阻或是集成电路温度传感器进行。原则上说，热电偶可由任意的两种不同金属构建而成，但在实践中，构成热电偶的两种金属组合已经标准化，因为标准组合的线性度及所产生的电压与温度的关系更趋理想。 表3与图2是常用的热电偶E,J,T,K,N,S,B R的特性。
《传感器与检测技术》试题1 班级_______ 学号成绩 一、填空：（20分） 1. 测量系统的静态特性指标主要有 。（2分） 2. 霍尔元件灵敏度的物理意义是 。（2分） 3. 光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下 效应,这类元件有；第二类是利用在光线作用下效应，这类元件有；第三类是利用在光线作用下效应，这类元件有。 4.热电偶所产生的热电动势是电动势和电动势组成的，其表达式为E ab（T，T0）= 。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在和之间，接入，它的作用。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起，这种现象称为。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会
产生，这种现象称为。（2分） 6. 变气隙式自感法感器，当街铁移动靠近铁心时，铁心上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（①相对误差②绝对误差③引用误差）来表示的。（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型②变极距型③变介电常数型）外是线性的。（2分） 9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为X max, 其总电阻为R max，它的滑臂间的阻值可以用R x = （①X max/x R max,②x/X max R max,③X max/XR max ④X/X max R max）来计算，其中阻灵敏度R r=（①2p(b+h)/A t, ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)）。（4分）二、用镍铬━镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻，从电位差计测得热电动势为－1.19mV，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少摄氏度？（20分）
1、简述热电偶与热电阻的测量原理的异同。 答：(1). 相同点：都能测温度且只能直接测温度量 (2). 不同点：热电阻传感器原理为阻值大小变化对应温度变化，而热电偶传感器为热电动势大小变化对应温度变化 2、设一热电偶工作时产生的热电动势可表示为E AB(t , t0)，其中A、B、t、t0各代 表什么意义？t0在实际应用时常应为多少？ 答：A、B——两热电极 T——热端温度，即被测温度 t0————冷端温度 t0常应为0℃ 3、用热电偶测温时，为什么要进行冷端补偿？冷端补偿的方法有哪几种？ 答：因工作现场常常缺乏使热电偶传感器的冷端保持在0℃的条件 4、热电偶在使用时为什么要连接补偿导线？ 答：因为在使用热电偶测温时，必须将热电偶的参考端温度保持恒定，但在现场使用时，热电偶参考端往往处于高温热源附近，必须将它远离热源，移动到温度较为稳定的场所，又因补偿导线在规定使用温度范围内具为与热电偶相同的温度—热电势关系，因而它可以起到延长热电偶的作用，所以热电偶在使用时要连接补偿导线 5、什么叫测温仪表的准确度等级？ 答：测温仪表的准确度等级是指测温仪表准确度的数字部分，也就是仪表的准确度去掉百分号。 6、什么是热电偶？ 答：热电偶是通过测量电势从而测量温度的一种感温元件，是由两种不同成分的导体焊接在一起构成的。当两端温度不同时，在回路中就会有热电势产生，将温度信号转变为电信号，再由显示仪表显示出来。 7、为什么要进行周期检定？ 答：各种计量器具由于在频繁的使用中会发生变化和磨损，失去原有的精度，从而影响量值的准确性。为使测量的数据准确，必须对各种计量器具进行周期检定。
8、利用热电偶测温具有什么特点？ 答：测量精度高；结构简单；动态响应快；可作远距离测量；测量范围广。 计算题 1、用一K型热电偶测量温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得此时的热电动势为29.186mV，求被测的温度大小？ 1、E AB（t0，t）= E AB（t0，t n）+ E AB（t n，t） 即E AB（0，t）= E AB（0，40℃）+ E AB（40℃，t）查表，得： E AB（0，40℃）=1.612 所以：E AB（0，t）=1.612+29.186=30.798（mV） 查表，得t=740℃ 2、用一K型热电偶测钢水温度，形式如图示。已知A、B分别为镍铬、镍硅材料制成，A`、B`为延长导线。问： 1）满足哪些条件时，此热电偶才能正常工作？ t01=t02，t n1=t n2 2）A、B开路是否影响装置正常工作？原因？ 不影响。因钢水导电且温度处处相同。 3）采用A`、B`的好处？为了使冷端远离高温区，降低测量成本 4）若已知t01=t02=40℃，电压表示数为37.702mV，则钢水温度为多少？ 由E AB（t，t0）= E AB（t，t n）+ E AB（t n，t0）得： E AB（t，t0）=1.612+37.702=39.314（mV） 查表得t=950℃ 5）此种测温方法的理论依据是什么？中间温度定律
一、填空题(20分) 1.传感器由（敏感元件，转换元件，基本转换电路）三部分组成。 2.在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的（） 倍左右为宜。 3.灵敏度的物理意义是（达到稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之 比。） 4. 精确度是指（测量结果中各种误差的综合，表示测量结果与被测量的真值之间的一致 程度。） 5．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用（细分）技术。 6.热电阻 主要是利用电阻随温度升高而（增大）这一特性来测量温度的。 7.传感器静态特性主要有（线性度，迟滞，重复性，灵敏度）性能指标来描述。 8.电容传感器有三种基本类型，即 (变极距型电容传感器、变面积型电容传感器, 变介电常 数型电容传感器 ) 型。 9.压电材料在使用中一般是两片以上在,以电荷作为输出的地方一般是把压电元件（并联） 起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件（串联)起来 10.压电式传感器的工作原理是：某些物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从 而引起极化现象，这种现象称为（顺压电效应）。相反，某些物质在外界磁场的作用下会产 生机械变形，这种现象称为（逆压电效应）。 11. 压力传感器有三种基本类型，即（电容式，电感式，霍尔式）型. 12.抑制干扰的基本原则有（消除干扰源，远离干扰源，防止干扰窜入）. 二、选择题（30分,每题3分） 1、下列 ( )不能用做加速度检测传感器。 D.热电偶 2、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的( ).C．压电效应 3、下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）. C．温度 4、属于传感器动态特性指标的是（）.D．固有频率 5、对压电式加速度传感器，希望其固有频率( ).C.尽量高些 6、信号传输过程中，产生干扰的原因是( )C.干扰的耦合通道 7、在以下几种传感器当中( )属于自发电型传感器.C、热电偶 8、莫尔条纹光栅传感器的输出是( ).A.数字脉冲式 9、半导体应变片具有( )等优点.A.灵敏度高 10、将电阻应变片贴在( )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器. C. 弹性元件 11、半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( ).B.迅速下降 12、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是( ). C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 13、在以下几种传感器当中( ABD 随便选一个 )不属于自发电型传感器. A、电容式 B、电阻式 C、热电偶 D、电感式 14、( )的数值越大,热电偶的输出热电势就越大.D、热端和冷端的温差 15、热电阻测量转换电路采用三线制是为了( B、减小引线电阻的影响). 16、下列( )不能用做加速度检测传感器.B.压电式 三、简答题（30分） 1.传感器的定义和组成框图？画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位置和
热电偶传感器 姓名：2014年__月__日一、单项选择题（每空5分） 1）正常人的体温为37?C，则此时的华氏温度约为______，热力学温度约为______。 A. 32F，100K B. 99F，236K C .99F，310K D. 37F，310K 2）_____的数值越大，热电偶的输出热电势就越大。 A. 热端直径 B. 热端和冷端的温度 C. 热端和冷端的温差 D. 热电极的电导率 3）测量钢水的温度，最好选择______热电偶；测量钢退火炉的温度，最好选择_____热电偶；测量汽轮机高压蒸气（200?C左右）的温度，且希望灵敏度高一些，选择______热电偶为宜。 A. R B. B C. S D. K E .E 4）测量CPU散热片的温度应选用______型的热电偶；测量锅炉烟道中的烟气温度，应选用______型的热电偶；测量100m深的岩石钻孔中的温度，应选用______型的热电偶。 A. 普通 B.铠装 C. 薄膜 D. 热电堆 5）在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是______。 A. 补偿热电偶冷端热电势的损失 B. 起冷端温度补偿作用 C. 将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D. 提高灵敏度 二、分析与问答（每题10分） 1、简述热电偶与热电阻的测量原理的异同。 2、设一热电偶工作时产生的热电动势可表示为E AB(t , t0)，其中A、B、t、t0各 代表什么意义？t0在实际应用时常应为多少？ 3、用热电偶测温时，为什么要进行冷端补偿？冷端补偿的方法有哪几种？ 三、计算题（20分） 1、用一K型热电偶测量温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得此时 的热电动势为29.186mV，求被测的温度大小？
传感器期末试题整理 作者：黄小胜 1 什么是热电效应？热电偶测温回路的热电动势由哪两部分组成？ 由同一种导体组成的闭合回路能产生热电势吗？ 答：1）两种不同类型的金属导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点有温差时，导体回路里有电流流动会产生热电势，这种现象称为热电效应。 2）热电偶测温回路中热电势主要是由接触电势和温差电势两部分组成。 3）热电偶两个电极材料相同时，无论两端点温度如何变化无热电势产生。 2 为什么热电偶的参比端在实际应用中很重要？对参比端温度处理 有哪些方法？ 答：1）实际测量时利用这一性质，可对参考端温度不为零度时的热电势进行修正。 2）因为热电偶的分度表均是以参考端T =0℃为标准的，而实际应用的热电偶参考端往往T≠0℃，一般高于零度的某个数值，此时可利用中间温度定律对检测的热电势值进行修正，以获得被测的真实温度。 3 解释下列有关热电偶的名词： 热电效应、热电势、接触电势、温差电势、热电极、测量端、参比端、分度表。 答：（略） 4 某热电偶灵敏度为0.04mV/℃，把它放在温度为1200℃处的温度场，若指示表（冷端）处温度为50℃，试求热电势的大小？
解： 已知：热电偶灵敏度为0.04mV/℃，把它放在温度为1200℃处的温度场，若指示表（冷端）处温度为50℃，则 中间温度为：1200℃-50℃=1150℃； 热电势为：0.04mV/℃×1150℃=46mV 或：E AB（T,0）= E AB（T,1200）+ E AB（50,0）= 1200℃×0.04mV/℃-50℃×0.04mV/℃=46mV 5 某热电偶的热电势在E(600,0)时，输出E=5.257 mV，若冷端温度为 0℃时，测某炉温输出热电势E=5.267 mV。试求该加热炉实际温度是多少？ 解： 已知：热电偶的热电势E（600.0，0）=5.257 mV，冷端温度为0℃时，输出热电势E=5.267 mV， 热电偶灵敏度为：K = 5.257 mV/600 = 0.008762 mV/℃ 该加热炉实际温度是：T= E/K = 5.267 mV/0.008762 mV/0℃ = 601.14℃ 7 什么是超声波？其频率范围是多少？ 答：1）超声波是人耳无法听到的声波。人耳听见的声波称机械波，频率在16Hz～20kHz，一般说话的频率范围在100Hz～8kHz之间，低于20Hz频率的波称为次声波，高于20kHz频率的波称超声波，频率在300MHz～300GHz之间的波称为微波。 2）超声波频率范围在几十千赫兹到几十兆赫兹。 8 超声波在通过两种介质界面时，将会发生什么现象？
课程设计 课程名称：传感器原理及应用 实验项目：热电偶温度传感器的设计 实验地点：信息学院传感器实验室 专业班级：电科1401班学号：2014001864 学生姓名：李康泽 2018年12月26日
太原理工大学课程设计任务书 1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）。 2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。
一、设计方案 设计中采用了两个方案，具体的方案见方案一和方案二。 方案一：分立元气件冷端补偿方案 该方案的热电偶冷端温度补偿器件是由分立元件构成的,其体积大,使用不够方便,而且在改变桥路电源或热电偶类型时需要重新调整电路的元件值。主要包括温度采集电路、信号放大电路、A/D转换电路、热电偶冷端补偿电路、数码管显示电路等。其系统框图如图1。 图1：分立元气件冷端补偿 方案二：集成电路温度补偿方案 采用热电偶冷端补偿专用芯片MAX6675，MAX6675温度转换芯片具有冷端温度补偿及对温度进行数字化测量这两项功能。一方面利用内置温度敏感二极管将环境温度转换成补偿电压，另一方面又通过模数转换器将热电势和补偿电压转换为代表温度的数字量, 将二者相加后从串行接口输出测量结果，即为实际温度数据。主要包括温度采集电路、MAX6675温度转换电路、数码管显示电路等。其系统框图如图2。 图2：集成电路温度补偿方案
测温的模拟电路是把当前K型热电偶传感器的电阻值，转换为容易测量的电压值，经过放大器放大信号后送给A/D转换器把模拟电压转为数字信号，再传给单片机AT89S51，单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换为温度值，并将数据送出到数码管进行显示。 综合对比以上两种方案，方案一电路复杂，且测量不精确照成误差较大，方案二采用集成温度转换芯片不仅能很好的解决冷端温度补偿及温度数值化问题，并消除由热电偶非线性而造成的测量误差,且精确度高，可实现电路的优化设计。故最后采用方案二。 二、传感器的选择: 物体的冷热水平可以通过温度来衡量，从分子水平看，又可以表示物体分子运动状态，温度越高，分子运动越猛烈。物体温度改变后显示出的一些特点只可以由温度间接测量。最基本的环境方法——温度，对周边环境会产生重要影响、和人们的衣食住行、农业生产等方面密不可分。温度的测量在工业、农业生产中必不可少，在工业生产中甚至需要时刻观察温度的变化。所以通过对温度的测量和测温设备的研究具有非比寻常的意义。 在社会生产力的不断提高下，对温度测量系统收集的温度数据方法要求越来越高，已经渗透到社会方方面面。温度的测量主要应用于工业、农业这两大领域。在这两大领域中，无论是机械的正常运转还是农作物的蓬勃生长，都离不开温度的测量。在工业生产中，由于生产环境的限制，员工不可长时间停留观察设备运行正常或因为其他原因不能在现场。这是找到最佳的方式收集数据的迫切需要，将数据发送到一个比较好操作的控制室，便于工作人员对数据的分析与处理；在农业生产上，对温室大棚的温度监测，以前都是选择分区取样的人工处理方式，工作辛苦，精确度不高。而且在实际操作中，因为大棚的诸多环境限制因素，例如占地面积广、测量点分散而且数目多，所以这种测量方式已经被淘汰。当前的科技水平下，为了取得更大的效益促使我们必须找到一种精确、简便易行的温度采集测量方法。在科学技术的不断发展下，现代社会对各种参数：准确度和精密度的要求有一个几何增长。在以此基础上，如何快速、准确获取这些参数需要依
传感器与检测技术》试卷 班级：学号：姓名：成绩： 一、填空题：（40分） 1、传感器是______________________________________ 传感器通常由直接响应于被测量的_______ 和产生可用信号输出的_______________ 以及相应的_____ 组成。 2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①____ 材料和②_________体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由____ 形成的，而②的电阻变化主要是由___ 造成的。材料传感器的灵敏度较大。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与成正比，与____成正比，与磁回路中____ 成反比，而单个空气隙磁阻的大小可用公式______ 表示。 4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为_____ 、_______ 、和_____ 三类，其中_____ 可以通过对多次测量结果求____ 的方法来减小它对测量结果的影响。 5、光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致有三大类：第一类是利用在光线作用下___________现象，即效应，____ 传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下______ 现象，即效应。传感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下现象，即______ 效应，______ 传感器属于这一类。
6、热电偶所产生的热电势是由_______________ 电势和___________ 电势组成。其表达式为Eab（T，T = ）___________________ 。在热电偶温度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是把__________________________________ 导线与热电偶配接。它的作用是___________________ 。 7、偏差式测量是指____________________________ 方法；零位测量是指_______________________________ 方法；微差式测量是指__________________________ 方法。 二、问答题：（25分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？（10分） 2、简述霍尔电动热产生的原理。（5分） 3、分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的过程。（10分） 三、分析、计算题：（35分） 1、分析如图1所示自感传感器当动铁心左右移动（x1,x2发生变化时自感L变化情况。已知空气所隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率为μ，线圈匝数W不变）。（10分）
1．什么是金属导体的热电效应?试说明热电偶的测温原理。 答：热电效应就是两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，回路中就会产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。热电偶测温就是利用这种热电效应进行的，将热电偶的热端插入被测物，冷端接进仪表，就能测量温度。 2．简述热电偶的几个重要定律，并分别说明它们的实用价值。 答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同，也可以检查热电极材料的均匀性。 二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。 三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。 四是中间温度定律：热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、t n和t n、t0时的相应热电动势的代数和。中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。 3．试述补偿导线法补偿原理。 答：将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室)，其实质是相当于将热电极延长。根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的。
目录 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景与意义 (1) 1.2 设计目的与要求 (1) 1.2.1 设计目的 (1) 1.2.2 设计要求 (1) 第2章设计原理与内容 (2) 2.1 热电偶的种类及工作原理 (3) 2.1.1热电偶的种类 (3) 2.1.2工作原理分析 (4) 2.2 设计内容 (4) 2.2.1 总体设计 (4) 2.2.2 原理图设计 (5) 2.2.3 可靠性和抗干扰设计 (7) 第3章器件选型与电路仿真 (8) 3.1 器件选型说明 (8) 3.2 电路仿真 (8) 第4章设计心得与体会 (9) 参考文献 (10) 附录1：电路原理图 (11) 附录2：PCB图 (11) 附录3：PCB效果图 (11)
第1章绪论 1.1 课题背景与意义 温度是一个基本的物理量，在工业生产和实验研究中，如机械、食品、化工、电力、石油、等领域，温度常常是表征对象和过程状态的重要参数，温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器。本设计中正是关于温度的测量，采用热电偶温度测量具有很多的好处，它具有结构简单，制作方便，测量范围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。 同时，热电偶作为有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常在日常生活中被应用，如测量炉子，管道内的气体或液体温度及固体的表面温度。热电偶作为一种温度传感器，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。热电偶可直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 1.2 设计目的与要求 1.2.1 设计目的 (1) 了解常用电子元器件基本知识（电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路）； (2) 了解印刷电路板的设计和制作过程； (3) 掌握电子元器件选型的基本原理和方法； (4) 了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧； (5) 掌握热电偶温度传感器信号调理电路的设计，并利用仿真软件进行电路的调试。 1.2.2 设计要求 选用热电偶温度传感器进行温度测量，要求测温范围100-300℃、精度为0.1℃。设计传感器的信号调理电路，实现以下要求： （1）将传感器输出4.096-12.209mV的信号转换为0-5V直流电压信号； （2）对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； （3）电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； （4）电路的基本工作原理应有一定说明； （5）电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性