电子温度计的设计与实现实验报告

实验六实验六 电子温度计的设计与实现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 一 引言引言 传感器在现实生活中的应用越来越广泛 常用的有力敏传感器 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 二 实验任务实验任务 1 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 三 实验仪器实验仪器 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 四 实验原理实验原理 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 常用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 平衡电桥可以准确测量电阻 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 因此可以通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 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 用非平衡电桥法可以测量铂电阻的组织 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 从而可以设计出 温度计 六 数据处理和分析六 数据处理和分析 T 10 113161922 U mV3 414 545 666 767 88 T 252831 33437 U mV9 0010 1211 3212 3313 41 T 4043464952 U mV14 5115 7016 6817 7218 88 T 5558616467 U mV19 9120 9722 1223 1224 37 T 707376 U mV25 6726 8427 90 y 0 3687x 0 2421 R2 0 9999 0 5 10 15 20 25 30 020406080 系列1 线性 系列1 根据测量 室温 32 2 U 11 64mv 手心温度 37 1 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 实验误差分析七 实验误差分析 1 系统误差 保温杯保温效果差 在读数还没稳定时即记下数据 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 参考文献九