度和响应速度。元件的工作加热温度取决于氧化物材料及被测气体的种类，一般在200～400℃。

8.5如何提高半导体气敏传感器对气体的选择性和检测灵敏度？ 解：改善气敏元件的气体选择性常用的方法： （1）向气敏材料掺杂其他金属氧化物或其他添加物； （2）控制气敏元件的烧结温度； （3）改善元件工作时的加热温度。

一般用金属或金属氧化物材料的催化作用来提高气体检测的灵敏度。 8.6试述MOS气敏二极管工作原理。

解：MOS二极管是利用电容-电压关系（C-V特性）来检测气体的敏感器件。 8.7试分析SnO2气敏元件的工作特性。

解：SnO2气敏元件易受环境温度和湿度的影响，书中图8.9给出了SnO2气敏元件受环境温度、湿度影响的综合特性曲线。由于环境温度、湿度对其特性有影响，所以使用时，通常需要加温度补偿。

8.8试述热导式气体分析仪工作原理。

解：热导式气体分析仪工作原理如书中图8.12b)所示，主要由4个外壳用相同材料制成的分析室组成。分析室Rk1和Rk2为参考室，室内充入洁净的空气，另外两个分析室Rx1和Rx2充入被分析的混合气体，四个分析室组成桥路。工作时先将洁净空气通入分析室Rx1和Rx2，调节RP3使电桥达到平衡，而后使被测混合气体进入分析室Rx1和Rx2，电桥失去平衡，其不平衡输出是混合气体组分的函数。 8.9试述光学吸收式气体分析仪工作原理。

解：当物质吸收特征波长的光辐射时，透射光能量与入射光能量之间关系称之为透射比，以τ表示，τ=W/W0。透射比τ对数的负数称为吸光度，以A表示。它们与试样中吸光物质的浓度c之间的关系为A??lg??abc，若a、b为已知数值，则通过测量透射光与入射光能量的比值，就可以确定吸光物质的浓度。

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8.10试述光电比色计的作用及其工作原理。

解：光电比色计是分析化学中测定少量物质最简便的方法之一，在各个领域如工农业生产、医疗卫生等化学检验中用得很多，可以用于无机化学和有机化学，也可以用于液体或气体。

光电比色计工作原理如书中图8.14所示，由光源l发出的光，分左右两路经透镜2、滤光片3得到一定波长范围的光束。左半部分为参比介质光路，比色皿4盛放的是蒸馏水或不含被测成分的某种液体（或气体），右半部分为被测介质的测量光路，比色皿5中盛放的是被测样品，光束分别经被测介质比色皿和参比介质比色皿至检测元件6。参比光路中比色皿的参比介质对光束波长没有吸收作用，而测量光路中的比色皿的被测介质对通过光束的某些波长有一定的吸收作用，服从比尔定律。这样，两路光学系统检测元件的输出就不一样，通过比较放大器7后在显示器8上显示出被测介质的含量。

8.11绝对湿度与相对湿度指标有何不同？以哪一种指标反映湿度较为合理？

解：绝对湿度是指单位空间中所含水蒸汽的绝对含量或者浓度或者密度，一般用符号AH表示。相对湿度是指被测气体中蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压的百分比，一般用符号RH表示。

AH绝对湿度给出了水分在空间的具体含量，RH相对湿度则给出了大气的潮湿程度，故使用更加广泛。

8.12试述湿敏度传感器的主要特性参数及分类情况。

解：湿敏度传感器的主要特性参数：湿度量程、感湿特性曲线、灵敏度、响应时间、湿度温度系数、湿滞回线和湿滞回差。 分类：

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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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