电子温度计的设计和实现实验报告.doc

试验六 电子温度计设计和实现

摘要：设计一个用铂电阻作为传感器电子温度计，用非平衡电桥测量铂电阻温度系数。并对温度计进行标定
关键词： 电桥 铂电阻 电子温度计

一． 引言
传感器在现实生活中应用越来越广泛，常见有力敏传感器、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化为电学量，这么在实践应用中便于自控和遥测，为工业自动化发明了有利条件。本试验用非平衡电桥和铂电阻传感器组成测温电路，并用电表显示读书，从而实现对温度测量。
二． 试验任务
1. 利用试验室提供仪器和用具，测量铂电阻温度特征。
2. 在试验室提供仪器中选择适宜仪器，设计一个用铂电阻作为传感器电子温度计，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. 用标定后温度计测量室温和人体掌心温度，并于标准温度计所测结果进行比较。
三． 试验仪器
直流稳压电源一个，铂电阻传感器一个，直流电桥一个，数字万用电表一个，微安表一个，毫安表一个，伏特表一个，检流计一个，数字温度计一个，水银温度计一个，标准电阻箱两个，电热杯一个，保温杯一个，导线若干，开关一个。

四．试验原理
1.铂电阻温度传感器温度特征
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，常见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摄氏度范围温度。在0~100摄氏度范围内，电阻和温度之间关系近似呈以下线性关系：

2．用非平衡电桥测量铂电阻温度系数 
平衡电桥能够正确测量电阻。假如将平衡电桥电路中待测电阻换成一个电阻型传感器。先调整电桥平衡，当外界条件改变时，传感器阻值会发生对应改变，使电桥失去平衡，桥路两端电压随之而变。因为桥路非平衡电压能反应出桥臂电阻微小改变，所以能够经过测量非平衡电压检测外界物理量改变。 使用非平衡电桥测量铂电阻温度系数电路图1所表示R1.R2为固定电阻，组成百分比电阻；Rp为可调电阻，用作平衡电阻；Rt为铂电阻；Uout为非平衡电桥输出电压。
①

②  当电源E输出电压一定时，非平衡电桥桥路输出电压Uout
五、试验内容
1.按图1连接电路，取R1=R2=2500V，R0=99.8欧，电源电压U=3V。
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T=0℃时，调整电桥平衡，统计，和数值，由此确定铂电阻数值。
3.改变温度（不停加温），统计数字温度计读书，用数字式万用电表测量，确定铂电阻阻值和温度在20~70℃时之间关系，共测量30个点，温度分布尽可能均匀。用微安表读数作为温度显示，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中固定电阻换成可调电阻，用非平衡电桥法能够测量铂电阻组织大小随温度改变。当Rx在某一温度下，将电桥调平衡后，改变Rx所处温度，从而电桥失去平衡，这时检流计示数将是Rx函数。从而能够设计出温度计。

六．数据处理和分析
T/°
10.1
13
16
19
22
U/mV
3.41
4.54
5.66
6.76
7.88
T/°
25
28
31.3
34
37
U/mV
9.00
10.12
11.32
12.33
13.41
T/°
40
43
46
49
52
U/mV
14.51
15.70
16.68
17.72
18.88
T/°
55
58
61
64
67
U/mV
19.91
20.97
22.12
23.12
24.37
T/°
70
73
76

U/mV
25.67
26.84
27.90

依据测量：
室温：32.2 ℃ U：11.64mv
手心温度：37.1℃ U：13.64mv

依据公式
U：11.64mv可计算室温为32.3℃
相对误差：0.003
依据公式 U：13.64mv 可计算出手心温度为37.65℃
相对误差：0.015

七．试验误差分析
1.系统误差
①．保温杯保温效果差
②．在读数还没稳定时即记下数据
③．万用电表内置电阻造成误差
2.偶然误差
因为温度改变慢而使得在统计温度相对应 Uout 相对应温度和实际温度 有差异。
八．结束语
操作过程中过于心急 和对操作程序步骤 和试验仪器不熟悉 造成误差。了解到试验最需要是耐心和仔细。
九．参考文件
 [1] 期刊：郭雷.仿真物理试验教学系统设计和实现[J].中国科学技术大学学报， , 32(3)：373-380
[2] 书籍：赵丽华等,编大学物理试验[M],浙江大学出版社 .3
[3] 网页：