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实验六 电子温度计的设计与实现
摘要: 设计一个用铂电阻作为传感器的电子温度计, 用非平衡电桥测量铂电阻的温度系数。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的应用越来越广泛, 常见的有力敏传感器、 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化为电学量, 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, 并用电表显示读书, 从而实现对温度的测量。
二． 实验任务
1.
2、 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, 设计一个用铂电阻作为传感器的电子温度计, 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. 用标定后的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． 实验仪器
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．
3、实验原理
1.铂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摄氏度范围的温度。在0~100摄氏度范围内, 电阻和温度之间关系近似呈如下线性关系:
2．用非平衡电桥测量铂电阻的温度系数
平衡电桥能够准确测量电阻。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,
4、因此能够经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R1.R2为固定电阻, 组成比例电阻; Rp为可调电阻, 用作平衡电阻; Rt为铂电阻; Uout为非平衡电桥的输出电压。
①
② 当电源E的输出电压一定时, 非平衡电桥桥路的输出电压Uout
五、 实验内容
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, 调节电桥平衡, 记录, 和数值, 由此确定铂电阻的数值。
3.改变温度( 不断加温) , 记录数字温
5、度计的读书, 用数字式万用电表测量, 确定铂电阻的阻值与温度在20~70℃时之间的关系, 共测量30个点, 温度分布尽量均匀。用微安表的读数作为温度显示, 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中的固定电阻换成可调电阻, 用非平衡电桥法能够测量铂电阻的组织大小随温度的变化。当Rx在某一温度下, 将电桥调平衡后, 改变Rx所处的温度, 从而电桥失去平衡, 这时检流计的示数将是Rx的函数。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.
6、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
根据测量:
室温: 32.2 ℃ U: 11.64mv
手心温度: 37.1
7、℃ U: 13.64mv
根据公式
U: 11.64mv可计算室温为32.3℃
相对误差: 0.003
根据公式 U: 13.64mv 可计算出手心温度为37.65℃
相对误差: 0.015
七．实验误差分析
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
由于温度变化慢而使得在记录温度相对应的 Uout 相对应的温度与实际温度 有差别。
八．结束语
操作过程中过于心急 以及对操作程序步骤 和实验仪器的不熟悉 造成误差。了解到实验最需要的是耐心与仔细。
九．参考文献
[1] 期刊: 郭雷.仿真物理实验教学系统的设计与实现[J].中国科学技术大学学报, , 32(3): 373-380
[2] 书籍: 赵丽华等,编大学物理实验[M],浙江大学出版社 .3
[3] 网页:
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