本文格式為Word版，下載可任意編輯——測(cè)溫電橋的電路設(shè)計(jì)安裝與使用試驗(yàn)三十二測(cè)溫電橋的電路設(shè)計(jì)、安裝與使用

Experiment32Designingandassemblingandoperating

temperature-measuringbridges

溫度是國(guó)際單位制（SI）中7個(gè)基本物理量之一，它與人類生存和社會(huì)發(fā)展有著十分密切的關(guān)系，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、醫(yī)療衛(wèi)生和人們的日常生活中都離不開對(duì)溫度的測(cè)量。

測(cè)溫方法可分為接觸測(cè)溫法和非接觸測(cè)溫法。接觸測(cè)溫法就是測(cè)溫敏感元件與被測(cè)物體直接接觸的方法，水銀溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、噪聲溫度計(jì)、石英頻率溫度計(jì)、熱電偶等都是直接接觸測(cè)溫的儀器；非接觸測(cè)溫法是測(cè)溫敏感元件不與被測(cè)物體直接接觸的方法，目視光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、光譜高溫計(jì)、比色溫度計(jì)、熱像儀等都是非接觸測(cè)溫的儀器。

測(cè)溫電橋的感溫元件是熱敏電阻，它

圖1負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的溫度特性

把溫度信號(hào)變成電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了非電

量的電測(cè)法測(cè)量。值得提出的是，電量測(cè)量是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)中最簡(jiǎn)便的測(cè)量技術(shù)，不但測(cè)量裝置簡(jiǎn)單、造價(jià)低、靈敏度高，而且簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制，是測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。本試驗(yàn)要求試驗(yàn)者根據(jù)熱敏電阻的溫度特性來(lái)設(shè)計(jì)和安裝一臺(tái)指針式測(cè)溫電橋。

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試驗(yàn)原理Experimentalprinciple

1．負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的溫度特性(temperaturecharacteristicofnegativetemperaturecoefficientthermalresistor)

熱敏電阻按其溫度特性可分為正溫度系數(shù)型、負(fù)溫度系數(shù)型及開關(guān)型三大類。其中負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是以錳、鈷、鎳、銅和鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制成。這些金屬氧化物都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，溫度底時(shí)，載流子數(shù)目小，因此阻值高；溫度升高時(shí)，載流子數(shù)目急劇增加，因此阻值急劇下降，如圖1所示，其方程表示為

RT?Ae（1）

式中A,B是與材料有關(guān)的常數(shù)。由（1）式看出，只要測(cè)出阻值RT的變化就能推測(cè)出溫度T的變化。

2．非平衡電橋(non-equilibriumelectricbridge)

非平衡電橋電路如圖2所示，當(dāng)R1?R2（對(duì)稱電橋）及Rt?R3時(shí)，電橋平衡，G指零，假使Rt的阻值發(fā)生變化，則電橋的平衡條件被破壞，G中就有電流通過(guò)，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)越大，說(shuō)明Rt變化也越大。

根據(jù)橋路的基爾霍夫方程，則有

圖2非平衡電橋

BTI1R1?IgRg?I2R3?0

?I1?Ig?R2??I2?Ig?Rt?IgRg?0

I2R3??I2?Ig?Rt?Ucd

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R1?R2

解得Ig?2?RgR3?R3Rt?RtRg??R1?R3?Rt??R3?Rt?Ucd（2）

由式（2）看出，在R1(R2),R3,Rg及Ucd恒定條件下，Ig的大小唯一地由Rt值來(lái)確定，因而有可能根據(jù)G偏轉(zhuǎn)的大小來(lái)直接指示溫度的高低。

3．測(cè)溫電橋的試驗(yàn)電路(experimentalcircuitofthermometricbridge)如圖3所示，測(cè)溫電橋電路與圖2相比有三點(diǎn)不同：

1)增加一個(gè)發(fā)光二極管LED，作為電源指示。

2)檢流計(jì)G換成微安表頭。

圖3熱敏電阻溫度計(jì)的試驗(yàn)電路圖

3)最重要的改動(dòng)是在bd支路中增加一個(gè)“校準(zhǔn)〞支路，當(dāng)K2扳至“校〞時(shí)，測(cè)溫電橋處于“校準(zhǔn)〞狀態(tài)，當(dāng)K2扳至“測(cè)〞時(shí)，測(cè)溫電橋處于“測(cè)量〞狀態(tài)。

4.電路參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算(designingandcalculationofcircuitparameters)圖3電路中需要設(shè)計(jì)或計(jì)算的參數(shù)有四個(gè)，下面分別介紹：

1)Ucd。不可過(guò)高，否則流過(guò)Rt的電流過(guò)大，會(huì)使Rt產(chǎn)生自熱現(xiàn)象而造成對(duì)環(huán)境溫度的干擾；Ucd也不可過(guò)低，否則微安表不能正常工作。根據(jù)試驗(yàn)所用Rt的額定工作電流及微安表的量程，建議取1.3V。

2)R3。R3值的大小與測(cè)溫電橋的下限溫度t1℃有關(guān)。當(dāng)環(huán)境溫度為t1℃，Rt值

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為Rt1時(shí)，微安表應(yīng)指零。對(duì)于對(duì)稱電橋（R1?R2）來(lái)說(shuō)，R3必需等于Rt1。3)R1?R2?。假使測(cè)溫電橋的上限溫度為t2℃，則有：Rt?Rt2

Ig?Igm（橋路中G的滿偏電流）（3）

將R3=Rt1及（3）式帶入（2）式得

Igm?解出R1?(Rt1?Rt2)Ucd（4）

2(RgRt1?Rt1Rt2?Rt2Rg)?R1(Rt1?Rt2)(Rt1?Rt2)Ucd2(RgRt1?Rt1Rt2?Rt2Rg)（5）?(Rt1?Rt2)IgmRt1?Rt2（5）式中Rt1、Rt2在Rt的溫度特性曲線上查出，Ig和Rg由試驗(yàn)室給出。4)R4。給測(cè)溫電橋通電進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，必需首先將K2扳至“校〞，目的是為了校準(zhǔn)工作電壓Ucd，使其剛好等于設(shè)計(jì)值（1.3V），這一操作程序的目的也是為了校準(zhǔn)刻度值，使Rt?Rt2時(shí)，Ig?Igm，與（4）式完全符合。令R4?Rt2就相當(dāng)于把Rt置于溫度為t2℃的環(huán)境中，此時(shí)微安表應(yīng)滿偏，與（3）式完全符合。假使微安表未能滿偏，則說(shuō)明Ucd與設(shè)計(jì)值不符，需要細(xì)心調(diào)理R，直至微安表滿偏。這一步完成后，才能講扳至“測(cè)〞，進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。

5.定標(biāo)曲線(calibrationcurve)將電路中個(gè)元件按上述設(shè)計(jì)值安裝完成后，就可以進(jìn)行溫度測(cè)量了。但微安表指示值是電流值而不是溫度值。怎樣才能通過(guò)微安表的偏轉(zhuǎn)來(lái)讀出相應(yīng)的溫度值呢？方法之一就是通過(guò)定標(biāo)試驗(yàn)來(lái)描繪出一條定標(biāo)曲線，如圖4所示。有了定標(biāo)曲線，就可以找到與任一電流

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圖4定標(biāo)曲線

值Igi相對(duì)應(yīng)的溫度值ti。

6.測(cè)溫操作程序(thermometricoperatingprocedure)使用該測(cè)溫電橋應(yīng)按以下順序操作：

1)把探頭Rt置于被測(cè)環(huán)境中，接通K1，指示燈亮，微安表中有電流通過(guò)，指針應(yīng)有一定偏轉(zhuǎn)。

2)K2扳向“校〞，因支路電阻值發(fā)生變化，所以指針的偏轉(zhuǎn)量也將發(fā)生變化，調(diào)理R，使其指針指向Igm（滿偏）。

3)K2扳向“測(cè)〞，微安表指示某一值，查定標(biāo)曲線，找到對(duì)應(yīng)的溫度值。試驗(yàn)要求Experimentalrequest

要求試驗(yàn)者在給定條件下獨(dú)立設(shè)計(jì)參數(shù)、安裝和調(diào)試，組裝成一臺(tái)測(cè)溫電橋（見圖5）。然后用它和另外一標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，并對(duì)測(cè)量誤差做出初步得分析。

試驗(yàn)裝置Experimentaldevice