便携式温度测量仪

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1、测试仪器设计报告（小组报告）组员：F0202203班王炫（5020229144）陈星晶（5020229091）刘岩（5020229133）李晶明（5020229086）王超（5020229087）李彤（5020229075）报告内容简介：设计报告主要介绍了本组的便携式热敏电阻温度测量仪器的设计原理，设计方案，使用方法，等一系列内容，同时就设计过程，思路作出相关解释。设计仪器：便携式温度测量仪（鉴于本仪器通用性极强，适用范围广泛，仅需以下报告中仅以体温计为例）设计目的：去年的SARS横行时，政府为了控制疫情扩散，采取隔离措施、而从一班人群中隔离出SARS患者的最初一步是通过体

2、温测量。上海交大为了防止疫情在校内蔓延，为每位同学分发了一个水银体温计。在使用中尽管测试较为准确，但是时间较长，需要5分钟左右；并且由于是玻璃管温度计，内装水银，如果玻璃管破碎，易造成重金属汞污染，影响学生健康。同时在火车站等人员流动频繁处设有固定红外线测温装置，但是由于体积较大，移动不便，且成本较高。为此，本组设计便携式温度计，既能较准确得测量温度，成本又不至于很高，有较高的性价比，适用于医疗卫生团体作应急使用。设计方案：根据以上设计要求，小组成员提出了以下几套初步方案：A．使用热电偶仪器测量，利用仪器两电极材料不同，在不同温度下量触点温度不同，电势不同原理制成。B．使用

3、热电阻，利用大多数金属导体电阻随温度变化而产生变化这一原理制成。C．利用集成温度传感器，把温敏晶体管和外围电路集成到一块电路板上，外接显示装置，将测得信号转换为温度输出。D．使用半导体热敏电阻，利用其温度特性曲线，制作成温度开关，通过对温度测试电路得控制达到检测目的。方案选择：在总结讨论以及参阅网络资料，相关图书后，对方案进行评价：A方案从资料上可以查得，热电偶使用范围主要在工业上，测试1000℃左右的高温尤其准确。同时，热电偶的冷端补偿难度较大。如果使用某些合金材料，可能会增加成本。B方案在性能上，热电阻的线性度很好，在低温测量中测试较为精确，但是由于金属电阻本身的阻值很

4、小，导线电阻不可忽略，需要使用电桥接法。金属活动性也决定了热电阻不适合在潮湿的环境下工作，且不耐腐蚀。C方案温度的测试会很准确，但是由于采用集成装置，成本的因素不得不考虑，和红外线装置相同，由于使用的场合不需要很精确的测量，其性价比值得商榷。D方案结构简单，体积小，电阻温度系数大，灵敏度较高，电阻率高，热惯性小，适于动态测量，制造简单，使用寿命较长。但是由于线性度差需要进行线性度修正。最后，经过小组成员讨论，决定采用第四种方案，即使用热敏电阻测量温度。理论分析：众所周知，半导体材料有许多性能参数与温度有密切的关系，在一般电路应用中，会导致电路工作性能的不稳定。然而，在测试中

5、就要利用这些特性，实现对温度的检测，控制，和补偿。当然还要解决方案中线性度修正问题。修正线性度，原则上可以采用计算机根据元件特性处理实际数据后给出真实数据，此种方法由于需要计算机或者带有微机的测量系统支持，会使成本升高。因此，决定选用线性化网络的方法。其具体内容是利用包含有热敏电阻的电阻网络代替单个的热敏电阻（如下图），而其网络特性R（t）可以通过调整网络中的，R，R，R来进行调整。为了提高其精度，可以利用计算机辅助进行。另外，在选择测试材料时考虑到三种半导体材料：1）负温度系数热敏电阻（NTC）；2）正温度系数热敏电阻（PTC）；3）临界温度系数热敏电阻（CTR）。同时在

6、参考资料中找到了热敏电阻温度特性曲线（如下）：最终决定使用NTC。CTR尽管作为温控开关很合适，但由于过于简单，无法测得很准确的温度值。半导体热敏电阻器R－T特性的理论分析从总体上说半导体热敏电阻R－T特性服从指数关系，这主要是由半导体的电阻率与温度的关系决定的。如前所述，式(5.11)可以描述各种热敏电阻器（如突变型和缓变型的PTC热敏电阻器、一般及临界型的NTC热敏电阻器）的R－T特性的基本变化趋势，但在高精度的测量中发现用它们处理实验数据后误差不同，有的误差大，有的误差作修正补偿后才能满足精度需要，这主要因为该公式对热敏电阻器R－T特性的描写不够精确。这里可以进一步对

7、该式作以修正，并提出了下面两个公式：R(t)=exp[a+b/T+c/](5.13a）R(t)=exp[(1+C/T)B/T](5.13b)式中：a、b、c和C为材料常数，由热敏电阻的材料的性质决定。1）数学模型从本质上说，各种热敏电阻器上的R－T特性满足指数关系，因而可以用下面的表达式描述这一性质：(5.14a）(5.14b)式中：和C为不同常数。为温度T的函数，式R－T关系的主要体现者。如果在关系式（5.14）中分别令，或及并适当的调整常数，就可以得到（5.11）式和（5.13）式，因而（5.11）式和（5.1