用NTC热敏电阻设计制作体温计.doc

西北工业大学
设计性基础物理实验报告
班级：11051401 姓名： 日期： 2016.05.13

用NTC热敏电阻设计制作体温计
一、 实验目的
1、 测定NTC热敏电阻与温度的关系；
2、 设计制作一个数字体温计（温度范围35-42℃）

二、 实验仪器（名称、型号及参数）
NTC热敏电阻 可调直流稳压电源（0-5V） 数字万用表 单刀双掷开关 导线
FD-WTC-D型恒温控制装置 2X-21型电阻箱2个

三、 实验原理
NTC负温度系数是一种利用半导体材料制成的体积小巧的电阻，为避免热敏电阻自身发热所带来的影响，流过热敏电阻的电流不能超过300微安。由于热敏电阻随温度变化比金属电阻要灵敏得多，因此被广泛用于温度测量，温度控制以及电路中温度补偿、时间延迟等。
为了研究热敏电阻的电阻温度特性，常用电路如图1所示：
Rt=（R1/U1）*Ut

四、 实验内容与方法
1. 测量不同温度t下NTC热敏电阻的阻值R
（1） 设计实验方案，画出实验电路图
如图1，不断改变环境温度t，利用公式Rt=（R1/U1）*Ut计算出不同温度t下NTC的阻值。
（2） 列表记录数据，用最小二乘法求出R与1/t之间的关系

2. 设计数字体温计
如图2电路图所示，根据第一问中得到的R与1/t之间的关系，取35℃与42℃为边界，联立解出R1和R2。
计算各元件的数值，使数字电压表的mV示数即为温度示数。
根据设计的电路图搭建数字温度计，进行调试：
（1） 测量不同温度时，数字体温计的电压示数，并绘制校准曲线；
（2） 根据校准曲线，对设计的电路进行改进，使误差不超过1℃。

五、 实验数据记录与处理（列表记录数据并写出主要处理过程）
不同温度下的NTC阻值数据记录表格（R1=10000Ω U=4.77V）
t/℃
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
U1/V
2.70
2.88
3.00
3.05
3.15
3.25
3.40
3.41
3.42
3.46
3.52
3.54
Ut/V
2.04
1.90
1.75
1.70
1.58
1.55
1.46
1.40
1.37
1.33
1.27
1.23
Rt/Ω
7555.55
6597.22
5833.33
5573.77
5015.87
4769.23
4294.11
4105.57
4005.84
3843.93
3607.95
3474.57
经过线性拟合

b=451269.94 a=-7586.20 r=0.9487
所以回归方程为：
R=451269.94*1/t-7586.20

当T=35和42时，解方程组
4770R2/(R1+R2+Rt)=35 解R1=8126.7.2Ω
4770R2/(R1+R2+Rt)=42 得R2=99.21Ω

调整R2，获得较为准确的体温计（此时R1=8126.7Ω R2=117.2Ω）
校准后误差在0.1摄氏度以内。

六、 实验分析与讨论
1. 为了确定零功率状态下的NTC热敏电阻的最大电流值，应在要求范围内选择测量起点和测量中点测量最大电流，然后取二者最小值。
2. NTC热敏电阻阻值与温度为指数关系，因此试验中采取T的倒数进行拟合。经过泰勒展开已证明在小区间内可进行此种线性拟合。
3. 接通电源钱，合理选取各项有关参数，避免损坏器件，影响实验的进行。
4. 实验过程中最好一直升温，因为NTC热敏电阻和恒温装置中温度计的热响应时间存在差异，一直升温可减少该响应时间引起的误差。
5. 测量NTC热敏电阻的温度特性时采用伏安法而不是平衡电桥法的原因：
（1）平衡点桥法虽然可以直接读出待测电阻的阻值，但对于NTC热敏电阻，其阻值对温度变化十分敏感，改变外界因素造成的温度的微小变化都会对电桥平衡产生较大影响；（2）平衡电桥法电路较之伏安法更复杂。

（注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）