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电子温度计的设计与实现

摘要：

传感器在现实生活中的应用越来越广泛，常用的有力敏传感器、气敏传感器、温度传感器等。用非平衡电桥和铂电阻传感器构成测温电路，并用电表显示读数，从而实现对温度的测量。

关键词：电子温度计、热电阻效应、非平衡电桥、铂电阻、设计性实验。

引言：利用传感器和电阻的配合，可将温度这一热学量转化为电学量，这样在实践应用中便于自控和遥测，为工业自动化创造了有利条件。

一、设计任务

1、利用实验室提供的仪器和用具，测量铂电阻温度特性；

2、在实验室提供的仪器中选择合适的仪器，设计一个以铂电阻作为传感器的电子温度?计，其测温范围为20-70℃，要求非平衡电桥桥端电压为毫伏级，电流为微安级；

3、对温度计进行标定；

4、用标定后的温度计测量室温、人体掌心的温度，并于标准温度计所测结果进行比较。

二、实验仪器

直流稳压电源（1个），铂电阻传感器（1个），直流电桥（1个），数字万用电表（1个），微安表（1个），毫安表（1个），伏特表（1个)检流计（1个），数字温度计（1个），水银温度计（1个），标准电阻箱（2个）电热杯（1个），保温杯（1个），若干导线，开关（1个）。

三、实验原理：

1.用非平衡电桥测量铂电阻的温度系数，平衡电桥准确测量电阻。如果将平衡电桥电路中的待测电阻换成一个电阻型传感器。先调节电桥平衡，当外界条件改变时，传感器阻值会发生相应变化，使电桥失去平衡，桥路两端的电压随之而变。由于桥路的非平衡电压能反映出桥臂电阻的微小变化，因此可以通过测量非平衡电压检测外界物理量的变化。?使用非平衡电桥测量铂电阻温度系数的电路如图1所示R1.R2为固定电阻，组成比例电阻；Rp为可调电阻，用作平衡电阻；Rt为铂电阻；Uout为非平衡电桥的输出电压。

图一

图二

四、实验步骤

1、按图1连接电路，取R1=R2=2500V，R0=100Ω，电源电压U=2.9V。

2、标定测温范围下限。将数字温度计和铂电阻传感器放入冰水混合物中，在温度为0时，调节电桥平衡，记录，和数值，由此确定铂电阻的数值。

3、改变温度（不断加温），记录数字温度计的读数，用数字式万用电表测确定铂电阻的阻值与温度在20~70℃时之间的关系，共测量30个点，温度分布尽量均匀。用微伏表的读数作为温度显示，要求零刻度线对应20℃，满刻度对应70℃，每隔5℃标定一刻度。

4、将图2中的固定电阻换成可调电阻，用非平衡电桥法可以测量铂电阻的组织大小随温度的变化。当Rx在某一温度下，将电桥调平衡后，改变Rx所处的温度，从而电桥失去平衡，这时检流计的示数将是Rx的函数。从而可以设计出温度计。

五、数据处理和分析

R1=R2=2500V，R0=100Ω，电源电压E=2.9V

T（℃）

17.8

18.7

19

19.9

20.5

21.8

22.9

24.5

26.2

27.5

U（mv）

3.56

3.9

4.15

4.42

4.64

5.14

5.64

6.55

6.97

7.6

T（℃）

32.4

33.9

35.2

37.3

39.2

41.5

43.3

46

49.8

51

U（mv）

9.74

10.06

10.77

11.38

12.31

12.87

14.05

14.67

16.09

16.58

T（℃）

53.9

56.8

60.9

64.1

67.3

69.1

70.1

71.1

72.8

74.2

U（mv）

17.77

18.87

20.68

21.62

22.82

23.46

23.93

24.25

24.9

22.59

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

温度计

室温

掌心温度

标准

31.7℃

37.0℃

标定后

31.4℃（9.03mv）

36.8℃（11.10mv）

?

?

?

室温：E=

=0.95%??掌心温度：E=

=0.54%

六、实验误差分析

1、系统误差

保温杯保温效果不好。

2、偶然误差

温度变化慢，温度没有持续升温，来回波动了。

七、结束语

该实验误差是由保温杯及人为不能准确控制温度变化的时间引起的，故我们可以耐心等待，直到温度不再变化，这样实验误差可能会小一点。

八、参考文献

[1]书籍：大学物理实验．理学院物理实验教学中心．2011.9

[2]网站：