電子溫度計(jì)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)摘要：巧用惠斯通電橋改裝成非平衡電橋，使用鉑電阻作為感溫元件，數(shù)字電壓表作為顯示器,組裝成電子數(shù)字溫度計(jì)?關(guān)鍵詞：鉑電阻電子溫度計(jì)熱電阻效應(yīng)一、引言傳感器在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，常用的有力敏傳感器、氣敏傳感器、溫度傳感器等。利用溫度傳感器和電阻配合，可將溫度這一熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，這樣在實(shí)踐應(yīng)用中便于自控和遙測(cè)，為工業(yè)自動(dòng)化創(chuàng)造了有利條件。本實(shí)驗(yàn)用非平衡電橋和鉑電阻傳感器構(gòu)成測(cè)溫電路，并用電表顯示讀數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。二、 實(shí)驗(yàn)任務(wù)利用實(shí)驗(yàn)室提供的儀器和用具，測(cè)量鉑電阻溫度特性；2?在實(shí)驗(yàn)室提供的儀器中選擇合適的儀器，設(shè)計(jì)一個(gè)由鉑電阻作為傳感器的電子溫度計(jì)，其溫度范圍為20~70°C,要求非平衡電橋橋端電壓為毫伏級(jí)，電流為微安級(jí)。對(duì)溫度計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。用標(biāo)定后的溫度計(jì)測(cè)量室溫、人體掌心的溫度、并于標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)所測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較。三、 實(shí)驗(yàn)儀器直流穩(wěn)壓電源一個(gè)、鉑電阻傳感器一個(gè)、數(shù)字萬(wàn)用電表一個(gè)、伏特表一個(gè)、數(shù)字溫度計(jì)一個(gè)、標(biāo)準(zhǔn)電阻箱三個(gè)、電熱杯一個(gè)、保溫杯一個(gè)、導(dǎo)線若干、開關(guān)一個(gè)。四、實(shí)驗(yàn)原理傳感器在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，常用的有力敏傳感器、氣敏傳感器、溫度傳感器等。鉑電阻是一種常用的熱電式傳感器，它利用鉑電阻隨溫度變化而變化的特性，將溫度大小轉(zhuǎn)換為電阻大小，從而達(dá)到測(cè)量溫度的目的。鉗電阻溫度傳感器的溫度特性鉑電阻溫度系數(shù)大而穩(wěn)定，電阻率高，且物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很

穩(wěn)定，常用作工業(yè)測(cè)溫元件和測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)用鉑電阻( Pt10、Pt100)廣泛用來(lái)測(cè)量-200~850C范圍的溫度。在0~100C范圍內(nèi)，電阻和溫度之間關(guān)系近似呈如下線性關(guān)系：R=R(1+AT) (1)T 0式中A為溫度系數(shù)，約為3.85X10-3C-1。用非平衡電橋測(cè)量鉗電阻的溫度系數(shù)平衡電橋可以準(zhǔn)確測(cè)量電阻。如果將平衡電橋電路中的待測(cè)電阻換成一個(gè)電阻型傳感器。先調(diào)節(jié)電橋平衡，當(dāng)外界條件改變時(shí)，傳感器阻值會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，使電橋

失去平衡，橋路兩端的電壓隨之而變。由于橋路的非平衡電壓能反映出橋臂電阻的微小變化，因此可以通過(guò)測(cè)量非平衡電壓檢測(cè)外界物理量的變化。使用非平衡電橋測(cè)量鉑電阻溫度系數(shù)的電路如圖 1所示。R、1組成比例電阻；R為可調(diào)電阻，用作平衡電阻；R為鉑電阻；UP T outR為固定電阻，2為非平衡電橋的R為固定電阻，2為非平衡電橋的圖1非平衡電橋電路結(jié)構(gòu)圖Uout(3)(4Uout(3)(4)(5)如果取R=R，且R□R1 2 1 TR□R，則有IaI2 P 1 2(6)當(dāng)電源的輸出電壓E一定時(shí)，非平衡電橋橋路的輸出電壓 U為outTOC\o"1-5"\h\zR R=(T-P)ER+RR+R1 T 2 PEI=-2R+R2 P則有U=IR-IRout 1T2PTOC\o"1-5"\h\zU=I(R—R) (7)out 1T P另R取鉑電阻在0°C時(shí)的阻值R，并將（1）式代入上式，則有P 0U=U=I□R04mTout 1 0U 和溫度的改out可知，如果檢測(cè)U 和溫度的改outout變量AT近似成線性關(guān)系。4.3重新調(diào)節(jié)電壓和電阻改變電源電源和電阻，使溫度與電壓的比例系數(shù)為一個(gè)整十?dāng)?shù)。U=IXRXAXT=0.1XT(mV)OUT 1 0

xRxA=0.1x10-3oExRxAo一R0.1x10-3根據(jù)公式選擇適當(dāng)電阻值，設(shè)計(jì)出所需電子溫度計(jì)。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（或步驟）1、按圖1連接電路，選擇適當(dāng)電阻值和電壓。2、將數(shù)字溫度計(jì)和鉑電阻放入保溫杯中。向保溫杯中加水，使T=20°C，并記錄U 的數(shù)OUT值。3、 改變溫度（不斷加溫，每隔2~3C取一組數(shù)據(jù)），記錄T-U。刃的結(jié)果，共測(cè)量20組數(shù)據(jù),溫度分布盡量均勻。4、 分析，作圖。六、數(shù)據(jù)處理和分析R= R= 100.8 °0只1=亠』°E=3VE=3VA=3.85X10-3C-12、測(cè)量T與UOU的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)記錄表組號(hào)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組號(hào)11121314151617181920T(°C)45.247.556.359.062.064.166.1UOUT(mV)4.174.384.604.795.005.225.485.856.136.293、數(shù)據(jù)處理1°由“用非平衡電橋法測(cè)鉑電阻的溫度系數(shù)”實(shí)驗(yàn)得R=100.8°，E=3V,A=3.85X10-3C-10

ExRxA得R=o-R=11896.5Q1 0.1x10-3 02°由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得y=0.0948xy=0.1x實(shí)驗(yàn)所得曲線為y=0.0948xy=0.1x標(biāo)準(zhǔn)曲線為誤差為w=0?1-0?0948=5.2%0.1七、 實(shí)驗(yàn)誤差分析系統(tǒng)誤差1°實(shí)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)方法不完善帶來(lái)的誤差。本實(shí)驗(yàn)中，T-U 的對(duì)應(yīng)關(guān)系本OUT身就是一個(gè)近似線性關(guān)系，并且實(shí)驗(yàn)條件無(wú)法到達(dá)理論的要求，如I=I在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程12中無(wú)法達(dá)到，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果必定會(huì)有一些誤差。2°實(shí)驗(yàn)儀器不準(zhǔn)確或使用不當(dāng)造成的誤差。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，電阻箱的阻值、電源電壓值會(huì)有一定的誤差，溫度計(jì)和萬(wàn)用電表的精度也無(wú)法到達(dá)真值等等，都會(huì)在實(shí)驗(yàn)中造成系統(tǒng)誤差。3°環(huán)境條件有規(guī)律地變化會(huì)引起一定的誤差。本實(shí)驗(yàn)中，室溫約20°C對(duì)鉑電阻溫度系數(shù)有一定的影響，從而在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中引起誤差。隨機(jī)誤差1°實(shí)驗(yàn)者的某些不足會(huì)產(chǎn)生誤差。本實(shí)驗(yàn)中，萬(wàn)用電表的讀數(shù)不穩(wěn)定，讀數(shù)產(chǎn)生偏差。加熱水的過(guò)程中，溫度的不穩(wěn)定變化，也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)造成一定的影響。八、 結(jié)束語(yǔ)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是要求我們通過(guò)我們自己的設(shè)計(jì)，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，與傳統(tǒng)的攝入式教學(xué)不同。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的能力。本實(shí)驗(yàn)是本學(xué)期大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中的第一次設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。與之前兩次實(shí)驗(yàn)不同的是，本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容不僅建立在之前兩次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，而且需要我們借助一些生活常識(shí),來(lái)完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在本次實(shí)驗(yàn)中，我在根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇合適的方案這一環(huán)節(jié)，多走了許多彎路，但是通過(guò)分析這些方法的不足之處，慢慢摸索，才得到了最終的實(shí)驗(yàn)方案。在本次實(shí)驗(yàn)中，我們小組由于在“用非平衡電橋法測(cè)鉑電阻的溫度系數(shù)”的實(shí)驗(yàn)中測(cè)量工作誤差較大，導(dǎo)致在此次實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量偏差過(guò)大。但是，經(jīng)過(guò)分析和修改，我們最終完成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)。雖然實(shí)驗(yàn)過(guò)程困難重重，但是經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，能更好的體會(huì)已經(jīng)做過(guò)的這三個(gè)實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系和區(qū)別，并深刻地體會(huì)電橋法這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)思路。我想，這本身就已經(jīng)達(dá)到了做設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的一個(gè)目的。九、參考文獻(xiàn)書籍：蕭明耀等?實(shí)驗(yàn)誤差估計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M]?北京科學(xué)出版社.1984書籍：李義寶等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn).中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社.2009書籍：趙麗華等?新編大學(xué)物理實(shí)驗(yàn).浙江大學(xué)出版社.2007網(wǎng)頁(yè)：/p-35155268.ht