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实验三电子温度计的设计与实现
班级：?学号：?姓名：?
实验时间：2012.9
摘要：巧用惠斯通电桥改装成非平衡电桥,使用铂电阻作为感温元件,数字电压表作为显示器,组装成电子数字温度计
关键词：铂电阻电子温度计热电阻效应
一、引言
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。利用温度传感器和电阻配合，可将温度这一热学量转换为电学量，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。本实验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。
二、实验任务
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，设计一个由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，并与标准温度计所测结果进行比较。
三、实验仪器
1.直流稳压电源（1个）2.铂电阻传感器（1个）3.直流电桥（1个）4.数字万用电表（1个）5.微安表（1个）6.毫安表（1个）7.伏特表（1个）8.检流计（1个）9.水银温度计（1个）10.标准电阻箱（2个）11.NLKW-12型智能型控温试验仪（1个）12.导线若干13.开关（1个）
四、实验原理
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。铂电阻是一种常用的热电式传感器，它利用铂电阻随温度变化而变化的特性，将温度大小转换为电阻大小，从而达到测量温度的目的。
1.铂电阻温度传感器的温度特性
铂电阻温度系数大而稳定，电阻率高，且物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，常用作工业测温元件和测温标准。工业用铂电阻（Pt10、Pt100）广泛用来测量-200~850℃范围的温度。在0~100℃范围内，电阻和温度之间关系近似呈如下线性关系：
（1）
式中
为温度系数，约为3.85×10-3℃-1。
2.用非平衡电桥测量铂电阻的温度系数
平衡电桥可以准确测量电阻。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。
、
为固定电阻，组成比例电阻；
为可调电阻，用作平衡电阻；
为铂电阻；
为非平衡电桥的输出电压。
图1非平衡电桥电路结构图
当电源的输出电压
一定时，非平衡电桥桥路的输出电压
为
（2）
令
??????（3）
（4）
则有
??（5）
如果取
，且
，
，则有
?（6）
（7）
另
取铂电阻在0℃时的阻值
，并将（1）式代入上式，则有
（8）
可知，如果检测
的电压表内阻足够大，非平衡电桥输出电压
和温度的改变量
近似成线性关系。
用平衡电桥测温度原理图
4.3重新调节电压和电阻
改变电源电源和电阻，使温度与电压的比例系数为一个整十数。
令????????
(mV)
得?????????
根据公式选择适当电阻值，设计出所需电子温度计。
五、实验内容
1、按图1连接电路，选择适当电阻值和电压。
2、将数字温度计和铂电阻放入保温杯中。向保温杯中加水，使T=20℃，并记录
的数值。
3、改变温度（不断加温，每隔5℃取一组数据），记录T-U
的结果，共测10组数据，温度分布尽量均匀。
4、分析，作图。
六、数据处理和分析
R
=9000?
?????R
=9000?
??????R
=100?
A=?3.85
×10
℃
?T(室温)=27.0°C
测量T与U对应关系
组号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
T(℃)
35.0
40.0
45.0
50.0
55.0
60.0
65.0
70.0
75.0
80.0
85.0
90.0
95.0
100.0
△T（℃）
8.0
13.0
18.0
23.0
28.0
33.0
38.0
43.0
48.0
53.0
58.0
63.0
68.0
73.0
UOUT
(mV)
35.2
40.2
44.8
49.8
54.8
59.9
64.7
69.7
74.9
79.7
84.5
89.7
94.6
99.2
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
组号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
T（℃）
35.0
40.0
45.0
50.0
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