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1、电子温度计的设计和实现摘要：巧用惠斯通电桥改装成非平衡电桥，使用铂电阻作为感温元件，数字电压表作 为显示器,组装成电子数字温度计关键词：铂电阻 电子温度计 热电阻效应一、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换为电学量，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，并用电表显示读数，从而实现对温度的测量。二、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，设计一个由铂电阻作为传感器的电
2、子 温度计，其温度范围为2070 C ,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、人体掌心的温度、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、数字万用电表一个、伏特表一个、数 字温度计一个、标准电阻箱三个、电热杯一个、保温杯一个、导线若干、开关 一个。四、实验原理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。铂电阻是一种常用的热电式传感器，它利用铂电阻随温度变化而变化的特 性，将温度大小转换为电阻大小，从而达到测量温度的目的。1. 钳电阻温度传感器的温度特性
3、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-20085 0C范围的温度。在0100 C范围内，电阻和温度之间关系近似呈如下线性 关系：R = R (1 + AT )(1)T0式中A为温度系数，约为3.85X10-3C-1。2. 用非平衡电桥测量钳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
4、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。R、1组成比例电阻；R为可调电阻，用作平衡电阻；R为铂电阻；UPToutR为固定电阻，2为非平衡电桥的图1非平衡电桥电路结构图输出电压。Uout(3)(4)(5)如果取R = R，且R R121TR R，则有I a I2P12(6)当电源的输出电压E 一定时，非平衡电桥桥路的输出电压U 为outRR=( T - P )E R + R R + R1T2PEI =-2 R + R2P则有 U =IR -I Rout1 T 2 PU = I (R R )(7)out1 TP另R取铂电阻在0C时的阻值
5、R，并将（1）式代入上式，则有P0U = I R 04 m Tout10U和温度的改out可知，如果检测U 的电压表内阻足够大，非平衡电桥输出电压out变量AT近似成线性关系。4.3重新调节电压和电阻改变电源电源和电阻，使温度与电压的比例系数为一个整十数。U = I X R X A X T = 0.1 X T (mV)OUT10x R x A = 0.1 x 10 -3oE x R x A o 一 R0.1 x 10 -3根据公式选择适当电阻值，设计出所需电子温度计。五、实验内容（或步骤）1、按图1连接电路，选择适当电阻值和电压。2、将数字温度计和铂电阻放入保温杯中。向保温杯中加水，使T=20
6、C，并记录U的数OUT值。3、改变温度（不断加温，每隔23C取一组数据），记录T-U。刃的结果，共测量20组数据, 温度分布尽量均匀。4、分析，作图。六、数据处理和分析R =100.801、实验原始数据只1=亠E= 3 VA= 3.85 X10-3 C -12、测量T与UOU的对应关系数据记录表组号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组号11121314151617181920T( C)45.247.550.252.25
7、4.256.359.062.064.166.1UOUT(mV)4.174.384.604.795.005. 225.485.856.136.293、数据处理1由“用非平衡电桥法测铂电阻的温度系数”实验得R =100.8，E=3V, A= 3.85X10-3 C -10E x R x A得 R = o - R =11896.5 Q 10.1 x 10 -302由实验数据得y=0.0948xy=0.1x实验所得曲线为标准曲线为误差为w = 01- 00948 =5.2%0.1七、实验误差分析系统误差1实验理论和实验方法不完善带来的误差。本实验中，T - U的对应关系本OUT身就是一个近似线性关系，
8、并且实验条件无法到达理论的要求，如I = I在实际实验过程1 2 中无法达到，所得实验结果必定会有一些误差。2实验仪器不准确或使用不当造成的误差。经过长时间的使用，电阻箱的阻值、 电源电压值会有一定的误差，温度计和万用电表的精度也无法到达真值等等，都会在实验中 造成系统误差。3环境条件有规律地变化会引起一定的误差。本实验中，室温约20C对铂电阻 温度系数有一定的影响，从而在实验过程中引起误差。随机误差1实验者的某些不足会产生误差。本实验中，万用电表的读数不稳定，读数产 生偏差。加热水的过程中，温度的不稳定变化，也会对实验造成一定的影响。八、结束语设计性实验是要求我们通过我们自己的设计，以达到实
9、验目的，与传统的摄入式教学 不同。设计性实验加强了学生的创新意识和实践能力，培养了学生的独立进行科学实验研究 的能力。本实验是本学期大学物理实验课程中的第一次设计性实验。与之前两次实验不同的 是，本次实验的内容不仅建立在之前两次实验的基础上，而且需要我们借助一些生活常识, 来完成整个实验内容。在本次实验中，我在根据实验要求选择合适的方案这一环节，多走了许多弯路，但是 通过分析这些方法的不足之处，慢慢摸索，才得到了最终的实验方案。在本次实验中，我们小组由于在“用非平衡电桥法测铂电阻的温度系数”的实验中测 量工作误差较大，导致在此次实验中的测量偏差过大。但是，经过分析和修改，我们最终完 成了整个实
10、验。虽然实验过程困难重重，但是经过这样一个实验，能更好的体会已经做过的 这三个实验之间的联系和区别，并深刻地体会电桥法这样一个实验思路。我想，这本身就已 经达到了做设计性实验的一个目的。九、参考文献1 书籍：萧明耀等实验误差估计与数据处理M 北京科学出版社.19842 书籍：李义宝等.大学物理实验.中国科学技术大学出版社.20093 书籍：赵丽华等新编大学物理实验.浙江大学出版社.20074 网页：http:/ 书籍：迈纳斯HF,埃彭斯泰w，穆尔KH.普通物理实验恽瑛等译北京：科学出版社，19876 书籍：丁慎训，张孔时.物理实验教程.北京：清华大学出版社，19927 书籍：游伯坤等.温度测量与仪表一热电偶和热电阻.北京科学技术文献出版杜，19908 书籍：武荷莲，冯玉玲.一种新型铂电阻温度计及其性能研究.低温物理学报，1997
