电子温度计的设计

电子温度计的设计和实现摘要：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，其温度范围为20~70°C,要求非平衡电桥桥端电压为毫伏级，电流为微安级。对温度计进行标定。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。三、 实验仪器直流稳压电源一个、铂电阻传感器一个、数字万用电表一个、伏特表一个、数字温度计一个、标准电阻箱三个、电热杯一个、保温杯一个、导线若干、开关一个。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。钳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-200~850C范围的温度。在0~100C范围内，电阻和温度之间关系近似呈如下线性关系：R=R(1+AT) (1)T 0式中A为温度系数，约为3.85X10-3C-1。用非平衡电桥测量钳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。R、1组成比例电阻；R为可调电阻，用作平衡电阻；R为铂电阻；UP T outR为固定电阻，2为非平衡电桥的R为固定电阻，2为非平衡电桥的图1非平衡电桥电路结构图Uout(3)(4Uout(3)(4)(5)如果取R=R，且R□R1 2 1 TR□R，则有IaI2 P 1 2(6)当电源的输出电压E一定时，非平衡电桥桥路的输出电压 U为outTOC\o"1-5"\h\zR R=(T-P)ER+RR+R1 T 2 PEI=-2R+R2 P则有U=IR-IRout 1T2PTOC\o"1-5"\h\zU=I(R—R) (7)out 1T P另R取铂电阻在0°C时的阻值R，并将（1）式代入上式，则有P 0U=U=I□R04mTout 1 0U 和温度的改out可知，如果检测U 和温度的改outout变量AT近似成线性关系。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。U=IXRXAXT=0.1XT(mV)OUT 1 0

xRxA=0.1x10-3oExRxAo一R0.1x10-3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（或步骤）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°C，并记录U 的数OUT值。3、 改变温度（不断加温，每隔2~3C取一组数据），记录T-U。刃的结果，共测量20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= R= 100.8 °0只1=亠』°E=3VE=3VA=3.85X10-3C-12、测量T与UOU的对应关系数据记录表组号12345678910T(°C)20.323.424.526.929.632.535.738.141.343.9UOUT(mV)2.112.412.552.772.983.253.603.854.014.06组号11121314151617181920T(°C)45.247.556.359.062.064.166.1UOUT(mV)4.174.384.604.795.005.225.485.856.136.293、数据处理1°由“用非平衡电桥法测铂电阻的温度系数”实验得R=100.8°，E=3V,A=3.85X10-3C-10

ExRxA得R=o-R=11896.5Q1 0.1x10-3 02°由实验数据得y=0.0948xy=0.1x实验所得曲线为y=0.0948xy=0.1x标准曲线为误差为w=0・1-0・0948=5.2%0.1七、 实验误差分析系统误差1°实验理论和实验方法不完善带来的误差。本实验中，T-U 的对应关系本OUT身就是一个近似线性关系，并且实验条件无法到达理论的要求，如I=I在实际实验过程12中无法达到，所得实验结果必定会有一些误差。2°实验仪器不准确或使用不当造成的误差。经过长时间的使用，电阻箱的阻值、电源电压值会有一定的误差，温度计和万用电表的精度也无法到达真值等等，都会在实验中造成系统误差。3°环境条件有规律地变化会引起一定的误差。本实验中，室温约20°C对铂电阻温度系数有一定的影响，从而在实验过程中引起误差。随机误差1°实验者的某些不足会产生误差。本实验中，万用电表的读数不稳定，读数产生偏差。加热水的过程中，温度的不稳定变化，也会对实验造成一定的影响。八、 结束语设计性实验是要求我们通过我们自己的设计，以达到实验目的，与传统的摄入式教学不同。设计性实验加强了学生的创新意识和实践能力，培养了学生的独立进行科学实验研究的能力。本实验是本学期大学物理实验课程中的第一次设计性实验。与之前两次实验不同的是，本次实验的内容不仅建立在之前两次实验的基础上，而且需要我们借助一些生活常识,来完成整个实验内容。在本次实验中，我在根据实验要求选择合适的方案这一环节，多走了许多弯路，但是通过分析这些方法的不足之处，慢慢摸索，才得到了最终的实验方案。在本次实验中，我们小组由于在“用非平衡电桥法测铂电阻的温度系数”的实验中测量工作误差较大，导致在此次实验中的测量偏差过大。但是，经过分析和修改，我们最终完成了整个实验。虽然实验过程困难重重，但是经过这样一个实验，能更好的体会已经做过的这三个实验之间的联系和区别，并深刻地体会电桥法这样一个实验思路。我想，这本身就已经达到了做设计性实验的一个目的。九、参考文献书籍：萧明耀等•实验误差估计与数据处理[M]•北京科学出版社.1984书籍：李义宝等.大学物理实验.中国科学技术大学出版社.2009书籍：赵丽华等•新编大学物理实验.浙江大学出版社.2007网页：/p-35155268.ht