20. 电感传感器的常用的测量电路有哪些？
答：自感式传感器常用的测量转换电路有桥式测量电路、调幅、调频、调相电路，在自感式传感器中，用得较多的是桥式测量电路和调幅电路。
差动变压器输出电压可直接用交流电压表接在反相串联的两个二次绕组上测量，此时空载输出电压为
UO?E21?E22，也可采用电桥电路来测量。
21. 电涡流传感器的工作原理是什么？形成电涡流的两个必备条件是什么？
答：电涡流传感器的工作原理是电涡流效应。即块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中做切割磁力线运动时，导体内将产生感应电流，这种电流的流线在金属体内自行闭合，类似于水中的漩涡，所以称为电涡流。电涡流的存在必然要消耗一部分磁场的能量，从而使激励线圈的阻抗发生变化，这种现象称为电涡流效应。根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流传感器。
要形成电涡流必须具备两个条件：（1）存在交变磁场；（2）导体处于交变磁场中。 22. 压阻式压力传感器的工作原理是什么？主要应用是什么？
答：压阻式压力传感器的工作原理是基于压阻效应工作的。所谓压阻效应就是指半导体材料的受外力或应力作用时，其电阻率发生变化的现象。
主要应用是：用于压力、加速度、重量、应变、拉力、流量等参数的测量。
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第3章 温度传感器
1. 温度的测量方法有几种？各有何特点？
答：按照感温元件是否与被测温对象相接处，温度测量可以分为接触式和非接触式测温两种。 接触式测温：感温元件与被测对象接触，彼此进行热量交换，使感温元件与被测对象处于同一环境温度下，感温元件感受到的冷热变化即是被测对象的温度。这类传感器的优点是：结构简单、工作可靠、测量精度高、价格便宜、可测得被测对象的真实温度及物体内部某一点的温度；缺点是：有较大的滞后现象（由于与被测物热交换需要一定的时间），不适于测量小的物体、腐蚀性强的物体及运动物体的温度，并且由于感温元件与被测对象接触，从而影响被测环境温度的变化，测温范围也受到感温元件材料特性的限制等。
非接触式测温：利用物体表面的热辐射强度与温度的关系来测量温度的。通过测量一定距离处被测物体发出的热辐射强度来确定被测物的温度。这类温度传感器的优点是：可以测量高温及腐蚀性、有毒物体的温度。测温速度快，不存在滞后现象，测温范围不受限制，可以测量运动物体、导热性差、微小目标、热容量小的物体、固体、液体表面的温度，不影响被测物环境温度。缺点是:易受被测物体与仪表间距离、烟尘、水气及被测物热辐射率的影响，测量精度较低等。 2. 膨胀式温度计有几种？其工作原理是什么？各有何特点？
答：膨胀式温度计可分为液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计、气体膨胀式温度计3种类型。 液体膨胀式温度计：利用玻璃感温泡内的液体受热体积膨胀与玻璃体积膨胀之差来测量温度的。一般用于低温和中温温度测量。特点：不仅比较简单直观，而且还可以避免外部远传温度计的误差。但易破碎，刻度微细不便读取，不适于有振动和容易受到冲击的场合。
固体膨胀式温度计：利用膨胀系数不同的两种金属材料牢固地粘贴在一起制成的。当温度变化时，由于两种金属线膨胀系数不同而产生弯曲，弯曲的程度与温度的高低成比例的原理工作的。
特点：现场显示温度，直观方便，抗震性能好，结构简单，牢固可靠，使用寿命长，但精度不 高。
气体膨胀式温度计：是基于密封在容器中的气体或液体受热后体积膨胀，压力随温度变化而变化的原理测温的。
特点：主要用于远距离设备的气体、液体、蒸汽的温度测量，也能用于温度控制和有爆炸危险场所的温度测量。
3. 电阻式温度传感器的工作原理是什么？有几种类型？
答：电阻式温度传感器是利用导体或半导体材料的电阻值随温度变化而变化的原理来测量温度
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的，即材料的电阻率随温度的变化而变化，这种现象称为热电阻效应。
类型：按制造材料来分，一般把由金属导体铂、铜、镍等制成的测温元件称为金属热电阻，简称热电阻传感器；把由半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻。
4. 金属热电阻温度传感器常用的材料有哪几种？各有何特点？热电阻传感器的测量电路有哪些？说明
每种测量电路的特点。
答：金属热电阻温度传感器常用的材料有铂和铜。
特点：铂金属热电阻：铂易于提纯、复制性好，在氧化性介质中，甚至高温下，其物理化学性 质极其稳定，主要用于高精度温度测量和标准测温装置，测温范围为-200～850℃。
铜金属热电阻：铜易于提纯，价格低廉，电阻--温度特性线性较好。但电阻率仅为铂的几分之一。因此，铜电阻所用阻丝细而且长，机械强度较差，热惯性较大，在温度高于100℃以上或腐蚀性介质中使用时，易氧化，稳定性较差。因此，只能用于低温及无腐蚀性的介质中。
热电阻传感器的测量电路常用电桥电路。外界引线如果较长时，引线电阻的变化会使测量结果有较大误差，为减小误差，可采用三线制电桥连接法测量电路或四线制恒流源测量电路。
特点：三线制电桥连接法测量电路，导线电阻r对测量毫无影响。
四线制恒流源测量电路，四根导线的电阻r对测量都没影响。但要因为电流流过导体时导体存在发热现象，所以供电电流不宜过大，一般在0.6mA以下。精确测量时，通电电流为0.25mA。
5. 热电偶温度传感器的工作原理是什么？热电势的组成有几种？说明热电势产生的过程，并写出热电偶
回路中总热电势的表达式。
答：热电偶温度传感器的工作原理是热电效应。即两种不同材料的导体A和B组成一个闭和回路，若两接点的温度不同，则在该回路中将会产生电动势，两个接点的温差越大，所产生的电动势也越大。组成回路的导体材料不同，所产生的电动势也不一样，这种现象称为热电效应。
热电势的组成：由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成。 热电势产生的过程： （1）两种导体的接触电势
接触电势是由于两种不同导体的自由电子浓度不同而在接触面形成的电势。假设两种金属A、B的自由电子浓度分别为 NA和 NB，且NA＞ NB。当两种金属相接时，将产生自由电子的扩散现象。在同一瞬间，由A扩散到B中去的电子比由B扩散到A中去的多，从而使金属A失去电子带正电；金属B得到电子带负电，在接触面形成电场。此电场阻止电子进一步扩散，当达到动态平衡时，在接触面的两侧就形成了稳定的电位差，即接触电势E，如图3-22所示。接触电势的数值取决于两种导体的性质和接触点的温度，而与导体的形状及尺寸无关。温度越高，接触电势也越大。接触电势的方向由两导体材料决定。
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（2） 单一导体的温差电势
对于单一导体，如果两端温度分别为t、t0，如图3-23所示，则导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散；高温端因失去电子带正电，低温端获得电子带负电，即在导体两端产生了电势，这个电势称为单一导体的温差电势。
NA＞ NB
图3-22 两种导体的接触电势
图3-23 单一导体的温差电动势
图3-24 热电偶回路总热电势
由图3-24可知，热电偶回路中产生的总热电势为
EAB(t,t0)?eAB(t)?eB(t,t0)?eAB(t0)?eA(t,t0) （3-5） 式中, EAB(t,t0) 为热电偶电路的总热电势；eAB(t)为热端接触电势；eB(t,t0)为B导体的温差电势；
eAB(t0)为冷端接触电势；eA(t,t0)为A导体的温差电势。
在总热电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的热电势可表示为
EAB(t,t0)?eAB(t)?eAB(t0) （3-6）
6. 热电偶的基本定律有哪些？其含义是什么？每种定律的意义何在？并证明每种定律。
答：热电偶的基本定律有: 中间导体定律、中间温度定律、参考电极定律。
含义：中间导体定律--在热电偶电路中接入第三种导体，只要保持该导体两接入点的温度相等，回路中总的热电势不变，即第三种导体的引入对热电偶回路的总热电势没有影响。
中间导体定律的意义：根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线，可以将热电势通过导线接至测量仪表进行测量,且不影响测量精度。可采用开路热电偶对液态金属和金属壁面进行温度测量，只要保证两热电极插入地方的温度相同即可。
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中间温度定律含义：在热电偶测量电路中，测量端温度为t，自由端为t0，中间温度为t′，则E（t、t0）的热电势等于E（t、t′）与E（t′、t0）热电势代数和。即
EAB(t,t0)?EAB(t,t?)?EAB(t?,t0)中间温度定律的意义：利用该定律，可对参考端温度不为0℃的热电势进行修正。另外，可以选用廉
价的热电偶A′、B′代替t′到t0段的热电偶A、B，只要在 t′、t0温度范围内A′、B′与A、B热电偶具有相近的热电势特性，便可将热电偶冷端延长到温度恒定的地方再进行测量，使测量距离加长，还可以降低测量成本，而且不受原热电偶自由端温度t′的影响。这就是在实际测量中，对冷端温度进行修正，运用补偿导线延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化影响的道理。
参考电极定律含义：已知热电极A,B与参考电极C组成的热电偶在接点温度为（t，t0）时的热电势分
E,t别为 E 、 BC ( t AB ( t 0 ) 可按下式计E,t 0 ) ，则相同温度下，由A，B两种热电极配对后的热电势 AC(t,t0)? E算为： E AB ( t , t0 ) AC ( t, t 0 ) ? E BC ( t ,t 0 )
参考电极定律的意义：参考电极定律大大简化了热电偶选配电极的工作，只要获得有关电极与参考电极配对的热电势，那么任何两种电极配对后的热电势均可利用该定理计算，而不需要逐个进行测定。由于纯铂丝的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以目前常用纯铂丝作为标准电极。 7. 热电偶的性质有哪些？
答：（1）当两热电极材料相同时，不论接点温度相同与否，回路总热电势均为零。 （2）当热电偶两个接点温度相同时，不论电极材料相同与否，回路总热电势均为零。
（3）只有当电极材料不同，两接点温度不同时，热电偶回路才有热电势。当电极材料选定后，两接点的温差越大，热电势也就越大。
（4）回路中热电势的方向取决于热端的接触电势方向或回路电流流过冷端的方向。
8. 为什么要对热电偶进行冷端温度补偿？常用的补偿方法有几种？补偿导线的作用是什么？连接补偿
导线要注意什么？
答：由于热电偶的分度表是在冷端温度为0℃时测得的，如果冷端温度不为零，测得的热电势就不能直接去查相应的分度表。另外，根据热电偶的测温原理，热电偶回路的热电势只与冷端和热端的温度有关，当冷端温度保持不变时，热电势才与测量端温度成单值对应关系。但在实际测量时，冷端温度常随环境温度变化而变化，t0不能保持恒定，因而会产生测量误差。为了消除测量误差，要对热电偶进行冷端温度补偿。
常采补偿方法： 0℃冷端恒温法、冷端恒温法、补偿导线法（延引电极法）、电桥补偿法。
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