思考題和習題

1.簡述熱電偶與熱電阻的測溫原理。

答：熱電偶的測溫原理是基于熱電效應(yīng)。即兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回

路，當兩接點溫度不同時，則在該回路中就會產(chǎn)生電動勢，根據(jù)電動勢的大小就可以用

來測量溫度。

熱電阻的測溫原理是基于電阻的熱效應(yīng)。即利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化

而變化的原理進行測溫的。

2.試證明熱電偶的中間導(dǎo)體定律。說明該定律在熱電偶實際測溫中的意義。

答：在下圖所示的回路中，溫差電勢可忽略不計，則回路中的總熱電勢等于各接點的

接觸電勢之和。即

EABCQ，0）=eAB（%）+eBC（^0）+eCA（"0）

當t二to時，有：

或eBC（%o）+eCA伉）=~eAB伉）

將（15—10）式代入（15—9）式中得：

EABC9"）=⑺-eAB?0）=EAB億4）

根據(jù)熱電偶的中間導(dǎo)體定律，可以在熱電偶的回路中引入各種儀表、連接導(dǎo)線等，

只要保證熱電偶自由端兩個接點的溫度相同，不影響熱電偶回路中熱電勢的大小。

3.什么是熱電偶的中間溫度定律。說明該定律在熱電偶實際測溫中的意義。

答：在熱電偶測溫回路中，tc為熱電偶回路中某一點的溫度（如教材圖15-10所示），

熱電偶AB在接點溫度為t、t。時的熱電勢EABH,t。）等于熱電偶AB在接點溫度t、

和tc、t。時的熱電勢EAB（t,tc）和&B（tc,to）的代數(shù)和,即：

EAB）=EAB（，,％）+^AB（%,，o）

該定律是參考端溫度計算修正法的理論依據(jù)，在實際熱電偶測溫回路中,利用熱電

偶這一性質(zhì)，可對參考端溫度不為0℃的熱電勢進行修正。另外根據(jù)這個定律，可以連

接與熱電偶熱電特性相近的導(dǎo)體A和5',見教材圖15-10,將熱電偶冷端延伸到溫度

恒定的地方，這就為熱電偶回路中應(yīng)用補償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。

4.用熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償？常用的冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸?/p>

種？并說明其補償?shù)脑怼?/p>

答：從熱電偶測溫基本公式可以看到，當熱電偶材料選定以后，熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢

只與熱端和冷端溫度有關(guān)，即

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

只有當冷端溫度恒定時，熱電偶的熱電勢和熱端溫度才有單值的函數(shù)關(guān)系。此外

熱電偶的分度表是以t0=o℃作為基準進行分度的，而在實際使用過程中，冷端溫度往

往不為0℃,所以必須對冷端溫度進行處理，消除冷端溫度的影響。

采用的冷端溫度補償?shù)姆椒ㄍǔＳ醒a償導(dǎo)線法、冷端溫度修正法、冷端溫度恒溫

法、補償電橋法及熱電偶冷端溫度補償芯片。

5.什么是補償導(dǎo)線？為什么要采用補償導(dǎo)線？目前的補償導(dǎo)線有哪幾種類型？在使用

中應(yīng)注意哪些問題？

答：一對廉價的金屬導(dǎo)線與熱電偶組成回路，使熱電偶的冷端延長，且這對金屬導(dǎo)線

的熱電特性在一定的溫度范圍內(nèi)與熱電偶相同或基本相同，這對金屬導(dǎo)線稱為補償導(dǎo)

線。

在實際測溫時，需要把熱電偶輸出的電勢信號傳輸?shù)竭h離現(xiàn)場數(shù)十米遠的控制室

里的顯示儀表或控制儀表，這樣冷端溫度t。比較穩(wěn)定。熱電偶一般做得較短，一般為

350mm?2000mm,需要用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸出來，而對于貴重熱電偶來說價格太

高，所以通常用補償導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸到溫度比較恒定的地方。

目前的補償導(dǎo)線有延伸型補償導(dǎo)線和補償型補償導(dǎo)線兩種類型。延伸型補償導(dǎo)線

用字母“X”表示，延伸型補償導(dǎo)線材料與熱電偶電極的材料相同；補償型補償導(dǎo)線用

字母“C”表示。補償導(dǎo)線的型號的頭一個字母與配用的熱電偶的型號相對應(yīng)，第二個

字母表示補償導(dǎo)線的類型，如補償導(dǎo)線的型號為KC,是K型熱電偶的補償型補償導(dǎo)線,

如KX是K型熱電偶的延伸型補償導(dǎo)線。

在使用補償導(dǎo)線時應(yīng)注意以下問題：

①補償導(dǎo)線只能在規(guī)定的溫度范圍(一般為。?100℃)內(nèi)使用；

②不同型號的熱電偶應(yīng)配用不同的補償導(dǎo)線；

③補償導(dǎo)線的正、負極應(yīng)分別與熱電偶的正、負極相連；

④熱電偶與補償導(dǎo)線相連的兩個接點應(yīng)保持相同的溫度。

6.IEC推薦的標準化熱電偶有哪幾種？請敘述常用幾種熱電偶的特點？

答：國際電工委員會（IEC）向世界各國推薦8種標準化熱電偶，鉗錯30一粕錯6、柏

銘10—鉗、伯銘13一伯、銀銘一銀硅、銀銘一銅銀、銀銘硅-銀硅、鐵-銅銀和銅-銅銀

（銅保我國通常稱為康銅）。其中常用的熱電偶有鉆錯10—粕、粕錯30一柏錯6、銀銘

一銀硅和銀銘一銅銀。

柏銘10—粕熱電偶（S型）是貴重熱電偶。這種熱電偶復(fù)制精度和測量準確度較高,

在1300℃以下的范圍內(nèi)可長時間使用，在氧化性或中性介質(zhì)中具有較高的物理化學(xué)穩(wěn)

定性，可用于精密溫度測量。其主要缺點是金屬材料的價格昂貴，熱電靈敏度低，熱電

特性非線性較大，在高溫時易受還原性氣體發(fā)出的蒸汽和金屬蒸汽的侵害而變質(zhì)，失去

測量準確度。

鉗銘30—伯銘6熱電偶（B型）也屬貴重熱電偶，它具有S型熱電偶的各種特點。

兩個柏錯電極抗污染能力強，長期使用溫度可達1600℃?這種熱電偶產(chǎn)生的熱電勢很

小（在所有標準化熱電偶中熱電勢為最小），當測量溫度小于50℃時，熱電勢小于3口v,

因此在測量高溫時可不考慮自由端的溫度補償。

銀銘一銀硅熱電偶（K型）是一種使用十分廣泛的賤金屬熱電偶。熱電極材料具有

較好的高溫抗氧化性，長時間測量900℃以下的溫度，這種熱電偶還具有復(fù)現(xiàn)性好，產(chǎn)

生的熱電勢大，而且線性好，價格便宜等優(yōu)點。雖然測量精度偏低，但完全可以滿足一

般工業(yè)測量要求。它的主要缺點是用于還原性介質(zhì)中電極會受到腐蝕，這種情況下只能

用于測量500℃以下的溫度。

保銘一銅銀熱電偶（E型）在我國通常稱為鑲銘一康銅熱電偶。這種熱電偶熱電靈

敏度大，在所有標準化熱電偶中為最大，可測量微小變化的溫度，另外它可在高濕度氣

體環(huán)境中使用。其缺點是銅銀合金難于加工，熱電均勻性較差，不能用于還原性介質(zhì)中。

7.用K型熱電偶測量溫度如圖所示。顯示儀表測得熱電勢為30.18mv,其參考端溫度為

30℃,求被測介質(zhì)的實際溫度。

補償導(dǎo)線

顯示儀表

解：由題意熱電偶回路產(chǎn)生的電動勢為E（t,30）,即E（t,30）=30.18mv,其中t為被

測介質(zhì)溫度。

由分度表可查得E（30,0）=1.203mv,則

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

再由分度表中查出與其對應(yīng)的實際溫度為754℃

8.用兩只K型熱電偶測量兩點溫差，其連接線路如圖所示。已知匕=420℃,to=3O℃,

測得兩點的溫差電勢為15.24mv,試求兩點的溫差為多少？后來發(fā)現(xiàn)，如溫度下的那只熱電

偶錯用E型熱電偶，其他都正確，試求兩點實際溫差。

解；測量兩點溫差時，可把兩種同種分度號的熱電偶反向串聯(lián)，如圖所示。則溫差電勢為

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溫差為△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之間的實際溫差為△t=tl-t2=89℃

9.試述壓力的定義。什么是大氣壓力、絕對壓力、表壓力、負壓力和真空度？并說明

它們的關(guān)系。

答：壓力定義為均勻而垂直作用于單位面積上的力。

大氣壓力指地球表面上的空氣柱重量所產(chǎn)生的壓力。

表壓力是絕對壓力與大氣壓力之差。

當某壓力的絕對壓力小于大氣壓力，則該壓力的表壓力為負壓。

負壓又可用真空度表示，負壓的絕對值稱為真空度。

10.測量某管道蒸汽壓力，壓力表低于取壓口8m,如圖所示，已知壓力表示值p=6Mpa,

當溫度為60℃時冷凝水的密度為985.4kg/m3,求蒸汽管道內(nèi)的實際壓力及壓力表低于取壓

口所引起的相對誤差。

缺圖

解：壓力信號管內(nèi)凝結(jié)水水柱產(chǎn)生的壓力為

Pgh=985.4X9.8X8=77255.36Pa

壓力表示值為蒸汽管道內(nèi)的壓力和壓力信號管內(nèi)水柱的壓力之和，所以蒸汽管道內(nèi)的實際壓

力為

p=6X106-77255.36=5922744.64Pa

壓力表低于取壓口所引起的相對誤差為

6=77255.36/5922744.64=1.3%

11.某容器的正常工作壓力為1.2?1.6MPa,工藝要求就地指示壓力，并要求測量誤差

不大于被側(cè)壓力的±5%。試選擇一只合適的壓力傳感器（類型、測量范圍、精度等級），并

說明理由。

解：設(shè)彈簧管壓力表的量程為A,則根據(jù)最大工作壓力有

3

A>1.64--=2.13Mpa

4

根據(jù)壓力表量程系列，初選0~2.5Mpa的彈簧管壓力表。

根據(jù)最小壓力應(yīng)大于滿量程的,，故滿足要求。

3

由題意，被測壓力的允許最大絕對誤差為

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

要求所選儀表的引用誤差為Smax=X100%=2.2%

2.5

根據(jù)儀表的精度等級，可選擇1.5級的壓力表。

12.試述流量的定義。何謂體積流量和質(zhì)量流量。

答：流量有瞬時流量和總量之分。瞬時流量是單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量。總

量是在某一段時間間隔內(nèi)流過管道某一截面的流體量的總和。一般情況下流量指的是瞬時流

量。

體積流量是指單位時間內(nèi)通過某截面的流體的體積。而質(zhì)量流量是指單位時間內(nèi)通過某

截面的流體的質(zhì)量。

13.已知管徑D=120mm,管道內(nèi)水流動的平均速度萬=1.8m/s,水的密度P=988kg/

確定該狀態(tài)下水的質(zhì)量流量和體積流量。

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

v4

質(zhì)量流量qm=pq.=72.796〃//=72796kg/h

14.利用差壓式流量傳感器測量流量應(yīng)有哪幾部分組成？畫出系統(tǒng)構(gòu)成圖，并說明各個

部分的作用。

答：差壓式流量傳感器測量流量應(yīng)包括節(jié)流裝置、差壓引壓導(dǎo)管及差壓計或差壓變送器等組

成。下圖為一個差壓式流量檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

1——節(jié)流裝置；2——壓力信號管路；3——差壓變送器；4——電流信號傳輸線；

5---開方器；6----顯示儀表

節(jié)流裝置是將被測流體的流量值變換成差壓信號Ap;節(jié)流裝置輸出的差壓信號由壓

力信號管路輸送到差壓變送器（或差壓計）。差壓變送器是將差壓信號轉(zhuǎn)換成標準的電流信

號（如4?20mA）；由流量基本方程式可以看出，被測流量與壓差A(yù)p成平方根關(guān)系，對于直

接配用差壓計顯示流量時，流量標尺是非線性的，為了得到線性刻度，可加開方運算電路或

加開方器；顯示儀表則顯示流量的大小。

15.試述差壓式流量傳感器測量流量的基本原理。

答：流體在流動過程中，當流體通過阻力件時，由于流通面積突然縮小，使流束產(chǎn)生局部收

縮，流速加快，靜壓力降低，因而在阻力件前后出現(xiàn)壓力差，可以通過測量此差壓的大小達

到測量流量的目的。

16.用標準孔板節(jié)流裝置配DDZ型電動差壓變送器（不帶開方器），測量某管道的流

量，差壓變送器最大的差壓對應(yīng)的流量為32m3/h。試求當變送器輸出電流為16mA時，實

際流過管道的流量是多少？

解：標準孔板節(jié)流裝置測量的流量q與輸出差壓》的平方根成正比，差壓變送器輸出電流

為4?20mA,所以流量q與差壓變送器輸出電流的變化量AZ的平方根成正比。設(shè)實際流過

管道的流量為q,這樣有：

32q

720-4—716-4

解得：q=27.7m3/h