测试技术模拟题含答案

12温度的测量

11-1单选题

1、若采用相同材料构成热电偶的两个电极，那么，当两个接点温度不同时，热电偶的两个接点之间，（ ）。

(A)仅接触电势为零；(B)总的热电势为零； (C) 仅单一导体的温差电势为零；(D)有电势输出

2、已知在某特定条件下材料A与铂电阻配对的热电势为13mV, 材料 B 与铂配对的热电势为8mV，在此条件下材料 A 与材料 B 配对后的热电势为（ ）mV。

(A) 5；(B)8；(C) 13；(D) 21

3、用一热电偶测量炉温时，当冷端温度T0=30℃时，实测电势为9.38 mV，在热电偶分度表中对应E(T，T0)的T=985℃，T0=30℃。由T0=30℃查分度表得E(30℃，0）=0.17 mV ，则实际的炉温T为（ ）。

(A) 热电偶分度表中9.55 mV对应的E(T，0)的T值； (B) 热电偶分度表中9.21 mV对应的E(T，0)的T值； (C)1015℃；(D) 955℃

4 用镍铬-镍硅热电偶测量炉温时，冷端温度为T0=30℃，测得热电势E(T,T0)=39.2 mV。由热电偶分度表，E(30,0)=1.2 mV。这时比较准确的炉温是热电偶分度表中与（ ）对应的温度值。

(A) 40.4 mV (B) 38.0 mV (C) 39.2 mV (D) 1.2 mV

5 对一个测量炉温的热电偶，需要使用补偿导线。在以下说明中，不正确的是（ ）。

(A) 补偿导线把热电偶的冷端引至0 ℃或温度恒定的场所 (B) 补偿导线连接在热电偶的冷端和显示仪表的中间

(C) 在一定的温度范围内，补偿导线与热电偶具有相同的热电性能 (D) 在一定的温度范围内，补偿导线与热电偶具有相反的热电性能

11-2填空题

1、根据测温传感器的使用方式，测温方法大体分为（ ）式和（ ）式两种。

2、温标是温度的数值表示方法，是用来衡定物体温度的尺度。常用的有（ ）温标、（ ）温标和（ ）温标，它们的单位分别是（℃、℉、K)

3、铂热电阻的电阻比是水（ ）时的电阻值与0℃时的电阻值之比，它的

值越高，表示铂丝的（ ）越高。

12-3简答题

1、温标及其传递的主要内容是什么？

通常用纯物质的三相点、沸点、凝固点和超导转变点等作为温度计量的固定点，并赋予固定点一个确定的温度。

选定一种测温物质制成测温仪器，即温度计，作为时现温标的仪器。 用固定点的温度确定任意点温度的数学关系式，即内插公式。 2、接触法测温和非接触法测温各有什么特点？

接触式测温是使被测物体与温度计的感温元件直接接触，使其温度相同，便可以得到被测物体的温度。接触式测温时，由于温度计的感温元件与被测物体相接触，吸收被测物体的热量，往往容易使被测物体的热平衡受到破坏。所以，对感温元件的结构要求苛刻，这是接触法测温的缺点，因此不适于小物体的温度测量。

非接触式测温是温度计的感温元件不直接与被测物体相接触，而是利用物体的热辐射原理或电磁原理得到被测物体的温度。非接触法测温时，温度计的感温元件与被测物体有一定的距离，是靠接收被测物体的辐射能实现测温，所以不会破坏被测物体的热平衡状态，具有较好的动态响应。但非接触测量的精度较低。

3、简述热电偶测温的原理。

由两种不同的导体两端相互紧密地接在一起，组成一个闭合回路，当两接点的温度不等(T＞T0)时，回路中就会产生电势，称为温差电效应，即热电效应。工作端或热端温度T，测量时，将其置于被测的温度场中。自由端或冷端T0在测量时，其温度应保持恒定。

这种由两种不同导体组合并将温度转换成热电势的传感器叫做热电偶。热电偶产生的热电势EAB(T，T0)是由两种导体的接触电势EAB和单一导体的温差电势EA和EB所形成。

4、热电偶测温的充要条件？

只有当热电偶的两个电极材料不同，且两个接点的温度也不同时，才会产生电势，热电偶才能进行温度测量。

当热电偶的两个不同的电极材料确定后，热电势便与两个接点温度T、T0

有关。即回路的热电势是两个接点的温度函数之差。

5、即使温度敏感元件的精度很高，在气体温度测量中也会产生较大，试说明产生误差的原因。

因存在误差：表面温度传导误差：温度敏感元件将会向周围空气传热，此时敏感元件就相当于散热片的作用。热传导过程对热电偶测温点就产生了一个明显的温度误差；辐射误差：热量通过对流传输到传感器，同时，传感器的热量会辐射到管道壁；分离误差：由于粘滞效应，置于气流中的敏感元件表面的流体速度会降低到0。这样会使接点的温度升高，以至高于流动的流体的静态温度。

6、为什么热电偶要进行冷端的温度补偿？冷端补偿方法有哪些？

根据热电偶的测温原理，只有当热电偶的参考端的温度保持不变时，热电动势才是被测温度的单值函数。我们经常使用的分度表及显示仪表，都是以热电偶参考端为0℃为先决条件的。但在实际使用中，因热电偶长度受到一定限制，参考端温度直接受到被测介质与环境温度的影响，不仅难于保持0℃，而且往往是波动的，无法进行参考端温度修正。因此，要把变化很大的参考端温度恒定下来，通常采用补偿导线法和参考端温度恒定法。

7、热电偶温度计与应变片的工作原理有什么差异？ 热电偶温度计基于热电效应，物性型，能量转换型； 应变片基于应变效应，结构性，能量控制型。

8、测量温度的金属热电阻应具有什么特性？有哪些常用的材料？ 电阻温度系数的值要大。温度系数越大，灵敏度越高。纯金属的温度系数比合金要高。一般使用纯金属；

其材料的物理、化学性能应稳定； 电阻温度系数要保持常数；

具有较高的电阻率，可以减少热电阻体积和热惯性；

材料容易提纯，确保较好的复制性能。满足以上要求的材料有铂、铜、铁和镍，铂和铜应用较广。

9、 金属热电阻温度计和半导体热敏电阻各有什么特点？

金属电阻温度计有正温度系数，线性好，稳定性好，可测1000-1200 oC

Rt?Rt0(1??1t??2t??3t)

23半导体热敏电阻有负温度系数。灵敏度高，热敏电阻与温度之间近似指数关系。

12.4应用题

1、标准（参考）电极定律有何实际意义？已知在某特定条件下材料A与铂电阻配对的热电势为13.967mV, 材料 B 与铂配对的热电势为 8.345mV, 求出在此条件下材料 A 与材料 B 配对后的热电势。

解：

如果已知热电偶的两个电极A、B分别与另一电极C组成的热电偶的热电势为EAC(T，T0)和EBC(T，T0)，则在相同接点温度(T，T0)下，由A、B电极组成的热电偶的热电势EAB(T，T0)为

EAB(T，T0)= EAC(T，T0)–EBC(T，T0)

这一规律称为标准电极定律，电极C称为标准电极。

在工程测量中，由于纯铂丝的物理化学性能稳定，熔点较高，易提钝，所以目前常将纯铂丝作为标准电极。标准电极定律使得热电偶电极的选配提供了方便。

材料 A 与材料 B 配对后的热电势：

EAB= EAC－EBC =13.967-8.345=5.622 mV

2、热敏电阻的电阻值R Ω与被测量温度θ°K之间的关系为

R??0.0585exp(3260)

?用这个热敏电阻和三个电阻组成电桥，如图12.1所示。要求该电路的测量范围为0~50 ℃，相应的输出电压为0~5 V，并且输出与输入之间的关系尽可能地近似于线性。拟设计一个输出端对称电桥，试确定三个电阻的阻值和电源电压u0。

图12.1

解：

为了输出与输入之间的关系尽可能地近似于线性，令量程的端点和中点保持线性。热敏电阻在这三点的电阻分别为：

R0?0.0585exp(R25)?8979 ? 2733260?0.0585exp()?3297

25?273326050?273)?14143260?

R50?0.0585exp( ?

热敏电阻在25℃和50℃的电阻变化量分别为

?R25?R25?R0?3297?8979??5682?R50?R50?R0?1414?8979??7565 ? ?

电桥的输出电压

uBD?u0R1R3?R2R4(R1?R2)(R3?R4)?u0??R2R4(R1?R2)(R3?R4)令电桥输出端对称，即R1=R4，R3=R0，输出电压可写成：

uBD?u0??R2R1(R1?R2)(R0?R1)

分别代入25℃和50℃时的热敏电阻和输出电压值，有：

5682R1(R1?3297)(8979?R1)7565R1(R1?1414)(8979?R1)u0=2.5 =5

u0解方程组，得：

R1=2337 ?

u0=12 V

于是，三个电阻分别为R1= R4=2337 ?，R3=8979 ?，电源电压为12 V。

3、一个铂热电阻应用于0~200℃的范围，其电阻值RT Ω与温度t ℃之间的关系为RT=R0(1+At+Bt2)。已知该热电阻的电阻比W(100)=1.3910，R0=100 Ω。在t=200 ℃测得R200=177.03 Ω。试确定系数A，B的值，当t=100 ℃时的线性误差。

解：

当t=100 ℃，

R100=W(100)R0=1.39×100=139.1 Ω

把已知数据代入电阻与温度的关系式，有

139.10=100(1+100A+1002B) 177.03=100(1+200A+2002B)

解方程组，得

A=3.97×10?3 ℃?1 B=?5.85×10?7 ℃?2

100 ℃时，热电阻的线性值

R0?R200100?177.03?R100???138.51522 ℃

这时，线性误差为

??R100?R100'R200?R0?139.10?138.515177.03?100?0.076?0.76%

4、图12.2所示为三线热电阻电桥电路，其中RT为一个铂热电阻；RL1，RL2

和RL3分别为导线电阻。在0℃时，热电阻的电阻为100 Ω，并且电桥处于平衡状态。已知电阻R1=R3=R4=100 Ω；电源电压u0=6 V，输出电压uBD=?1 V。如果

(1) 忽略导线的电阻；

(2) 导线的电阻值均为2Ω； 试求热电阻的电阻值。

图12.2

解：

(1) 电桥的输出电压的公式为

uBD?R1R3?RTR4(R1?RT)(R3?R4)100?100?RT?100(100?RT)(100?100)u0

对应代入数值，有

?1?6

解得：

RT=200 Ω

(1) 同理，电桥的输出电压

uBD?(R1?RL1)R3?(RT?RL3)R4(R1?RL1?RT)(R3?R4)(100?2)100?(RT?2)100(100?2?RT)(100?100)u0

对应代入数值，有

?1?6

解得：

RT=201 Ω

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