便携式温度测量仪1

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1、测试仪器设计报告便携式温度测量仪设计目的：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。简

2、介：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，以下报告中仅以体温计为例)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：1.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。2.使用热电阻，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。3.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。4.使用半导体热敏电阻

3、，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。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。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小，导线电阻不可忽略。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。D方案结构简单，体积小，电阻温度系数大

4、，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。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）。同时在参考资料中找到了热敏电阻温度特性曲线(如右图)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

5、温度的关系决定的。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。数学模型从本质上说，各种热敏电阻器上的R－T特

6、性满足指数关系，因而可以用下面的表达式描述这一性质：式中：di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（5.13）式可以看作是式（5.14）的一种特例。为了与原有的公式作比较，对所有的i，令并令函数(5.15)将式（5.15）带入式(5.14),就可以得到具体的描述R-T特性的公式(5.16a)(5.16b)式中:表示T的j次幂。式(5.16)与式(5.14)类似，不同之处在于它引入了多个表示材料性质的常数和1/T的高阶项。精确度分

7、析在测温应用中，当用不同的描述R-T特征公式分析实验数据时，人们最关心的是公式的精确度。由公式（5.14a）分析实验数据，得到的温度值的误差可小于0.007℃,远远优于用公式（5.11）得到的值。下面将结合参数α来分析由公式（5.16）得到的温度值的误差。α为描述热敏电阻对温度的变化的灵敏度的特征参数，其定义为α＝(5.17）将式（5.11）、式(5.13)和式(5.16)分别带入式(5.17)，可以得到灵敏度的表达式为α=－(5.18a)α=(5.18b)α=(5.19a)α=(5.19b)α=(5.20a)α=(5.20b)由式(5.18)~(5.20)可以看

8、出灵敏度直