用NTC熱敏電阻設(shè)計制作體溫計.doc

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西北工業(yè)大學 設(shè)計性基礎(chǔ)物理實驗報告 班級：11051401 姓名： 日期： 2016.05.13 用NTC熱敏電阻設(shè)計制作體溫計 一、 實驗目的 1、 測定NTC熱敏電阻與溫度的關(guān)系； 2、 設(shè)計制作一個數(shù)字體溫計（溫度范圍35-42℃） 二、 實驗儀器（名稱、型號及參數(shù)） NTC熱敏電阻 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源（0-5V） 數(shù)字萬用表 單刀雙擲開關(guān) 導線 FD-WTC-D型恒溫控制裝置 2X-21型電阻箱2個 三、 實驗原理 NTC負溫度系數(shù)是一種利用半導體材料制成的體積小巧的電阻，為避免熱敏電阻自身發(fā)熱所帶來的影響，流過熱敏電阻的電流不能超過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量，溫度控制以及電路中溫度補償、時間延遲等。 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、 實驗內(nèi)容與方法 1. 測量不同溫度t下NTC熱敏電阻的阻值R （1） 設(shè)計實驗方案，畫出實驗電路圖 如圖1，不斷改變環(huán)境溫度t，利用公式Rt=（R1/U1）*Ut計算出不同溫度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)計數(shù)字體溫計 如圖2電路圖所示，根據(jù)第一問中得到的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)計的電路圖搭建數(shù)字溫度計，進行調(diào)試： （1） 測量不同溫度時，數(shù)字體溫計的電壓示數(shù)，并繪制校準曲線； （2） 根據(jù)校準曲線，對設(shè)計的電路進行改進，使誤差不超過1℃。 五、 實驗數(shù)據(jù)記錄與處理（列表記錄數(shù)據(jù)并寫出主要處理過程） 不同溫度下的NTC阻值數(shù)據(jù)記錄表格（R1=10000Ω 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 4005.84 3843.93 3607.95 3474.57 經(jīng)過線性擬合 b=451269.94 a=-7586.20 r=0.9487 所以回歸方程為： R=451269.94*1/t-7586.20 當T=35和42時，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，獲得較為準確的體溫計（此時R1=8126.7Ω R2=117.2Ω） 校準后誤差在0.1攝氏度以內(nèi)。 六、 實驗分析與討論 1. 為了確定零功率狀態(tài)下的NTC熱敏電阻的最大電流值，應(yīng)在要求范圍內(nèi)選擇測量起點和測量中點測量最大電流，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，因此試驗中采取T的倒數(shù)進行擬合。經(jīng)過泰勒展開已證明在小區(qū)間內(nèi)可進行此種線性擬合。 3. 接通電源錢，合理選取各項有關(guān)參數(shù)，避免損壞器件，影響實驗的進行。 4. 實驗過程中最好一直升溫，因為NTC熱敏電阻和恒溫裝置中溫度計的熱響應(yīng)時間存在差異，一直升溫可減少該響應(yīng)時間引起的誤差。 5. 測量NTC熱敏電阻的溫度特性時采用伏安法而不是平衡電橋法的原因： （1）平衡點橋法雖然可以直接讀出待測電阻的阻值，但對于NTC熱敏電阻，其阻值對溫度變化十分敏感，改變外界因素造成的溫度的微小變化都會對電橋平衡產(chǎn)生較大影響；（2）平衡電橋法電路較之伏安法更復雜。