实验六 电子温度计的
设计
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与实现 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 1． 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
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显示读书，从而实现对温度的测量。 2． 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。 3． 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．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。 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
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，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 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 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 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， 2002, 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 2007.3 [3] 网页： http://wenku.baidu.com/view/f40030d4195f312b3169a51a.html
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