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1、西北工業(yè)大學(xué)
設(shè)計(jì)性基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告
班級(jí)：11051401 姓名： 日期： 2016.05.13
用NTC熱敏電阻設(shè)計(jì)制作體溫計(jì)
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
1、 測(cè)定NTC熱敏電阻與溫度的關(guān)系；
2、 設(shè)計(jì)制作一個(gè)數(shù)字體溫計(jì)（溫度范圍35-42℃）
二、 實(shí)驗(yàn)儀器（名稱、型號(hào)及參數(shù)）
NTC熱敏電阻 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源（0-5V） 數(shù)字萬(wàn)用表 單刀雙擲開(kāi)關(guān) 導(dǎo)線
FD-WTC-D型恒溫控制裝置
2、2X-21型電阻箱2個(gè)
三、 實(shí)驗(yàn)原理
NTC負(fù)溫度系數(shù)是一種利用半導(dǎo)體材料制成的體積小巧的電阻，為避免熱敏電阻自身發(fā)熱所帶來(lái)的影響，流過(guò)熱敏電阻的電流不能超過(guò)300微安。由于熱敏電阻隨溫度變化比金屬電阻要靈敏得多，因此被廣泛用于溫度測(cè)量，溫度控制以及電路中溫度補(bǔ)償、時(shí)間延遲等。
為了研究熱敏電阻的電阻溫度特性，常用電路如圖1所示：
Rt=（R1/U1）*Ut
四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法
1. 測(cè)量不同溫度t下NTC熱敏電阻的阻值R
（1） 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，畫出實(shí)驗(yàn)電路圖
如圖1，不斷改變環(huán)境溫度t，利用公式Rt=（R1/
3、U1）*Ut計(jì)算出不同溫度t下NTC的阻值。
（2） 列表記錄數(shù)據(jù)，用最小二乘法求出R與1/t之間的關(guān)系
2. 設(shè)計(jì)數(shù)字體溫計(jì)
如圖2電路圖所示，根據(jù)第一問(wèn)中得到的R與1/t之間的關(guān)系，取35℃與42℃為邊界，聯(lián)立解出R1和R2。
計(jì)算各元件的數(shù)值，使數(shù)字電壓表的mV示數(shù)即為溫度示數(shù)。
根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖搭建數(shù)字溫度計(jì)，進(jìn)行調(diào)試：
（1） 測(cè)量不同溫度時(shí)，數(shù)字體溫計(jì)的電壓示數(shù)，并繪制校準(zhǔn)曲線；
（2） 根據(jù)校準(zhǔn)曲線，對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行改進(jìn)，使誤差不超過(guò)1℃。
五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理（列表記錄數(shù)據(jù)并寫出主要處理過(guò)程）
不同溫度下的NTC阻值數(shù)據(jù)記錄表格（R1=1000
4、0Ω U=4.77V）
t/℃
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
U1/V
2.70
2.88
3.00
3.05
3.15
3.25
3.40
3.41
3.42
3.46
3.52
3.54
Ut/V
2.04
1.90
1.75
1.70
1.58
1.55
1.46
1.40
1.37
1.33
1.27
1.23
Rt/Ω
7555.55
6597.22
5833.33
5573.77
5015.87
4769.23
4294.11
4105.57
5、4005.84
3843.93
3607.95
3474.57
經(jīng)過(guò)線性擬合
b=451269.94 a=-7586.20 r=0.9487
所以回歸方程為：
R=451269.94*1/t-7586.20
當(dāng)T=35和42時(shí)，解方程組
4770R2/(R1+R2+Rt)=35 解R1=8126.7.2Ω
4770R2/(R1+R2+Rt)=42 得R2=99.21Ω
調(diào)整R2，獲得較為準(zhǔn)確的體溫計(jì)（此時(shí)R1=8126.7Ω R2=117.2Ω）
校準(zhǔn)后誤差在0.1攝氏度以內(nèi)。
六、 實(shí)驗(yàn)分析與討論
1. 為了確定零功率狀態(tài)
6、下的NTC熱敏電阻的最大電流值，應(yīng)在要求范圍內(nèi)選擇測(cè)量起點(diǎn)和測(cè)量中點(diǎn)測(cè)量最大電流，然后取二者最小值。
2. NTC熱敏電阻阻值與溫度為指數(shù)關(guān)系，因此試驗(yàn)中采取T的倒數(shù)進(jìn)行擬合。經(jīng)過(guò)泰勒展開(kāi)已證明在小區(qū)間內(nèi)可進(jìn)行此種線性擬合。
3. 接通電源錢，合理選取各項(xiàng)有關(guān)參數(shù)，避免損壞器件，影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。
4. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中最好一直升溫，因?yàn)镹TC熱敏電阻和恒溫裝置中溫度計(jì)的熱響應(yīng)時(shí)間存在差異，一直升溫可減少該響應(yīng)時(shí)間引起的誤差。
5. 測(cè)量NTC熱敏電阻的溫度特性時(shí)采用伏安法而不是平衡電橋法的原因：
（1）平衡點(diǎn)橋法雖然可以直接讀出待測(cè)電阻的阻值，但對(duì)于NTC熱敏電阻，其阻值對(duì)溫度變化十分敏感，改變外界因素造成的溫度的微小變化都會(huì)對(duì)電橋平衡產(chǎn)生較大影響；（2）平衡電橋法電路較之伏安法更復(fù)雜。
用NTC熱敏電阻設(shè)計(jì)制作體溫計(jì)
