8.13利用所学气敏传感器知识，设计一个家庭用声音输出油烟报警仪器，并说明其工作原理。 解：参考书中图8.11及其说明。
8.14利用所学湿敏传感器知识，查阅资料，试设计一个实现蔬菜大棚湿度自动检测、喷淋自
动灌溉的测控系统的电路结构，并说明其工作原理。
解：参考书中图8.18及其说明，其输出Uo控制喷淋自动灌溉的电磁阀
第九章 热电式传感器思考题与习题答案
9.1什么叫热电效应？热电偶的基本工作原理是什么？
解：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。
9.2什么叫热电阻效应？试述金属热电阻效应的特点和形成原因。 解：热电阻效应是物质的电阻率随温度变化而变化的特性。
金属热电阻传感器进行温度测量的特点是精度高、适于低温测量。
大多数金属导体的电阻都随温度变化而变化，在金属中参加导电的为自由电子，当温度升高时，虽然自由电子数目基本不变（当温度变化范围不是很大时），但是，每个自由电子
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的动能将增加。因此，在一定的电场作用下，要使这些杂乱无章的电子作定向运动就会遇到更大的阻力，导致金属电阻随温度的变化而变化。 9.3热电偶有哪些基本定律？
解：一是中间导体定律：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。
二是标准电极定律：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。
三是中间温度定律：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、tn和tn、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。
9.4为什么在实际应用中要对热电偶进行温度补偿？主要有哪些补偿方法？
解：（为什么略，详见书本）热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒温法。这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合，有0℃恒温器和其他恒温器两种；二是补偿导线法。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；三是计算修正法。修正公式为：EAB(t,t0)=EAB(t,t1)+EAB(t1,t0)；四是电桥补偿法。利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动势的变化。
9.5制造热电阻体的材料应具备哪些特点？常用的热电阻材料有哪些？
解：①材料的电阻温度系数α要大，α越大，热电阻的灵敏度越高；纯金属的α比合金高，所以一般均采用纯金属材料作热电阻感温元件；
②电阻率β尽可能大，以便在相同灵敏度下减小元件尺寸，减小热惯性； ③在测温范围内，α保持常数，便于实现温度表的线性刻度特性；
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④在测温范围内，材料的物理、化学性质稳定； ⑤材料的提纯、压延、复制等工艺性好，价格便宜。
比较适合以上条件的材料有铂、铜、铁和镍等。工业上大量使用的材料为铂、铜和镍。 9.6用热电阻传感器测温时，经常采用哪种测量线路？常用哪种连接方式？
解：工业上经常使用电桥作为传感器的测量电路，精度较高的是自动电桥。为了消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差，常采用三线制和四线制连接法。
9.7已知铜热电阻Cu100的百度电阻比W（100）=1.42，当用此热电阻测量50℃温度时，其
电阻值为多少？若测量时电阻值为92?，则被测温度是多少？ 解：有题可知：R0=100Ω
由 R100=R0(1+100α) W(100)=R100/R0=1.42 得 α=4.2×10-3°C-1 因此 R50=R0(1+50α)=121Ω 92=R0（1+αt2） 得t2=﹣19°C
9.8试述半导体热敏元件有哪几种类型及其作用。
解：热敏电阻按温度系数可分为负温度系数热敏电阻（NTC）和正温度系数热敏电阻（PTC）两大类。所谓正温度系数是指电阻的变化趋势与温度的变化趋势相同；负温度系数是指当温度上升时，电阻值反而下降的变化特性。 9.9热敏电阻的主要特性有什么？
解：伏安特性、电阻-温度特性（详细见书中）。
9.10镍铬-镍硅热电偶灵敏度为0.04 mV/℃，把它放在温度为1000℃处，若指示仪表作为冷
端，此处温度为25℃，试求热电势大小。
解：根据镍铬-镍硅热电偶的分度表可知：E(20,0)= 0.798mV
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E(1000,0)= E(1000,25)+ E(25,0)= E(1000,25)+ E(5,0)+ E(20,0) E(5,0)=kt=0.04×5=0.2mV
E(1000,25)=E(1000,0)-E(20,0)-E(5,0)=41.269-0.798-0.2=40.271mV 9.11试述热敏二极管、热敏三极管的工作原理。
解：热敏二极管或三极管的PN结的结电压随温度而变化，当P-N结的正向压降或反向压降保持不变时，正向电流或反向电流都随着温度的变化而变化；而当正向电流保持不变时，P-N结的正向压降随着温度的变化近似于线性变化，大约以-2.3mV/℃的斜率随温度变化。P-N结测温传感器就是利用半导体材料的温度特性，来实现对温度的检测、控制和补偿等功能。 9.12利用所学热敏器件原理，设计完成一蔬菜大棚室室温报警电路结构原理图。 解：参考电路如书中的图9.28。
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