嵌入式设计
基于热敏电阻的数字温度计设计
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2015年 7月 10日
目录
第一章绪论 (1)
第二章设计要求及构思 (2)
2.1设计要求 (2)
2.2设计构思 (2)
第三章总体程序流程图 (4)
第四章原理框图 (5)
4.1PT100铂热电阻: (5)
4.2信号放大电路 (5)
4.4主芯片电路图 (7)
4.5 四位数码管 (8)
第五章仿真电路图 (9)
第六章心得体会 (11)
参考文献 (12)
附录程序代码 (13)
第一章绪论
随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入，温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。目前温度计按测使用的温度计种类繁多，应用范围也比较广泛，大致可以包括以下几种方法：1，利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2，利用热电效应技术制成的温度检测元件3，利用热阻效应技术制成的温度计4，利用热辐射原理制成的高温计5，利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。将输出的微弱电压信号通过OP07放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。
第二章设计要求及构思
2.1设计要求
1.系统硬件设计
（1）使用热敏电阻PT100;
（2）单片机采用MCS51系列；
（3）LED数码管显示温度。
2.系统软件设计
（1）温度可以通过PT100热敏电阻实调程序；
（2）AD转换芯片检测温度的模拟量程序；
（3）LED显示程序；
3.系统功能
（1）测量温度范围?50℃～110℃；
（2）精度误差小于0.5℃；
（3）LED数码管显示。
2.2设计构思
（1）本题目使用铂热敏电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变，PT100后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在110℃时它的阻值约为142.29欧姆,在-50℃它的电阻值为80.31欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在0℃到110℃电阻的变化率为（142.29-100）/110≈ 0.3845Ω/℃,在-50到0℃电阻的变化率为（100-80.31）/50=0.3938Ω/℃。向PT100输入稳恒电流，使PT100输出的电压与其内部电阻成线性关系变化。
（2）其输出的的电压是模拟信号，需要进行模数转换后才能被有效显示。查找相关模数转换元器件后暂选ADC0808进行模数转换，其有效电压为0～5V。向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。
（3）由于0.385Ω相对于100多欧姆的电阻来说很小，即温度变化1℃时输出的电压变化量很小，这么小的电压不能改变ADC0808输出的一个数字信号。所以要对PT100输出的电压进行放大。放大倍数是根据最大测量温度确定的，即110℃时输出的电压不能超过+5V,否则测量不到110的温度，最终经调试后取放大倍数为36。再将放大后的电压输入ADC0808模数转换器。
（4）综上所述。采用2.49V的电压与运算放大器搭建成的恒流源对PT100进行供电，然后用运算放大器OP07搭建的同相放大电路将其电压信号放大36倍后输入到ADC0808中。ADC0808根据输入0到5V的电压，转换成对应的十进制0到255数字。再利用电阻变化率的特性，计算出当前温度值，数码管直接显示温度。
由于本设计要求测量的最大温度为110℃，所以本人设计时使+5V的电压对应温度110℃。通过电压变化量求出电阻的变化量，再通过电阻变化率的特性求出温度的变化量，然后用110与温度变化量相比较即可求得当前的温度。
第三章总体程序流程图
第四章原理框图
4.1PT100铂热电阻:
4-1 PT100铂热电阻
pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。
4.2信号放大电路：
图4-2 放大电路图
采用OP07搭建成仪表运算放大器，V out=(V2-V1)x(1+2R5/R4 x(R9/R7) ,其中R5=R6，R7=R8，R9=R10。本设计的放大倍数为36。
4.3A/D转换电路
4-3 ADC0808电路图
ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。模拟信号输入0到5V电压，8位数字输出端口输出二进制00000000到11111111，即十进制0到255，所以分辨率为
5V/255≈0.0196V。例如输入的信号为+5V电压时，其输出为数字255。
ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图4-3所示。各引脚功能如下：
1～5和26～28（IN0～IN7）：8路模拟量输入端。
8、14、15和17～21：8位数字量输出端。
22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
6（START）： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
7（EOC）： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。
12（VREF（+））和16（VREF（-））：参考电压输入端
11（Vcc）：主电源输入端。
13（GND）：地。
23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
ADC0 808/0809工作时序图如下：
图4-4 ADC0808转换时序示意图
当START上收到一个启动转换命令（正脉冲）后，8位A/D转换器开始对输入端的信号进行转换，100us后转换结束，转换结果D(0~2^8-1)存入三态输出锁存缓冲器，转换结束信号EOC由低电平变为高电平，通知CPU可以读结果。CPU可用查询方式（将EOC信号接至一条I/O线上）或中断方式（EOC信号作为中断请求信号导入中断逻辑）了解A/D转换过程是否结束。
4.4主芯片电路图
4.5 四位数码管
第五章仿真电路图
图5-1 温度为110℃显示的温度
图5-2 温度为112℃显示的温度
本设计测量的最大温度为110℃，当温度大于110℃时依然显示为110℃。这是因为温度为110℃时输入ADC0808的电压为最大值，即+5V,当温度大于110℃时，输入ADC0808的有效电压依然为+5V。
图5-3 温度为91度时显示的温度
随机选择-50~110的一个温度，实际为91的温度，测量值为91.1，符合要求的0.5度的范围内。
图5-4 温度为0时显示的温度
温度为0时，检测的温度为-0.2℃。线性关系好，符合设计要求。
图5-5 -26度时所显示的温度
实际温度为-26度时，测量的温度为-25.8度，符合设计要求。
图5-6 温度为-50℃时所显示的温度
图5-7温度为-51℃所显示的温度
本设计测量的最小温度为-50℃，当温度低于-50℃时，输出数码管的值无效，显示为0。
第六章心得体会
参考文献
[1]黄勤，单片机原理及应用，北京，清华大学出版社，2006年。
[2]郭天祥，51单片机C语言教程，北京，电子工业出版社，2012年。
附录程序代码
#include
#include
#define uchar unsigned char
sbit STAR=P2^4;
sbit EOC=P2^6;
sbit CLOCK=P2^5;
sbit OE =P2^7;
sbit P20=P2^0;
sbit P21=P2^1;
sbit P22=P2^2;
sbit P23=P2^3;
uchar getdata;
double change;
long int temp;
uchar dispbuf[6];
uchar code
table1[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40};//无
小数点 "0~9","-"
uchar code table2[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};
//带小数点"0~9";
/***************定时器初始化程序***********/
void TimeInitial()
{
TMOD=0x10; //定时器1选择2^16
TH1=(65536-200)/256; //赋初值，定时0.2毫秒
TL1=(65536-200)%256;
EA=1; //开中断允许
ET1=1;
TR1=1; //开定时器1
}
/*************延时程序****************/
void Delay(uchar i)
{
unsigned int j;
for(;i>0;i--)
{
for(j=0;j<125;j++)
{;}
}
}
/***************定时/计数器1程序**************/ void t1(void) interrupt 3 using 0 //选用0组工作寄存器
{
TH1=(65536-200)/256;
TL1=(65536-200)%256;
CLOCK=~CLOCK; //取反，0.2ms给ADC0808一个时钟脉冲
}
/*************数码管显示程序***********/
void Display()//
{ P0=table1[dispbuf[3]]; //显示百位
P20=0;
P21=1;
P22=1;
P23=1;
Delay(8);
P0=0x00;
P0=table1[dispbuf[2]]; //显示十位
P20=1;
P21=0;
P22=1;
P23=1;
Delay(8);
P0=0x00;
P0=table2[dispbuf[1]]; //显示个位
P20=1;
P21=1;
P22=0;
P23=1;
Delay(8);
P0=0x00;
P0=table1[dispbuf[0]]; //显示小数位
P20=1;
P21=1;
P22=1;
P23=0;
Delay(8);
P0=0x00;
}
/************计算温度**************/
void PT100()
{ double PR,aveT,aT,deal,U,aR; //电阻值，温度对电阻的变化量（Ω/°C），
温度变化量，结果，电压，电阻变化量
U=5.0/255.0*getdata; //计算某一刻的电压值
aR=(5.0/255.0*getdata)/(5.0/142.29); //计算某一刻的电阻值
PR=142.29-aR; //计算电阻变化量 ,110°C阻值为142.29 aveT=42.29/110.0; //1°C=42.29/110（Ω）
aT=PR/aveT; //温度变化量
deal=10*(110.0-aT); //所得温度x10
temp=(long int)deal; // 最终温度取整（实际值x10倍） if(U<3.52&&U>2.82) //计算并显示-50~0的温度
{ aveT=(100.0-80.31)/50.0; //
PR=100.0-aR;
aT=10*(PR/aveT);
temp=(long int)aT;
dispbuf[0]=temp%10; //计算小数位
dispbuf[1]=temp/10%10; //计算个位
dispbuf[2]=temp/100%10; //计算十位
dispbuf[3]=10; //使显示'-'号
}
// if(temp%2==0)
// temp=temp-5;
else //计算并显示0~110的温度
{ dispbuf[0]=temp%10;
dispbuf[1]=temp/10%10;
dispbuf[2]=temp/100%10;
dispbuf[3]=temp/1000; //显示百位
}
Display(); //调用显示函数
}
/*************主函数************/
void main()
{
TimeInitial();
while(1)
{
STAR=0;//关闭转换
OE=0;//关闭输出
STAR=1;//开启转换
STAR=0;//关闭转换
while(EOC==0)
{
OE=1;//开启数据输出允许
Delay(10); //延时
getdata=P1; //模数转换后的值赋给getdata
OE=0;
PT100( ); //调用温度计算函数
}}
}
电子信息工程学院电子设计应用软件训练任务 【训练任务】： 1、熟练掌握PROTEUS软件的使用； 2、按照设计要求绘制电路原理图； 3、能够按要求对所设计的电路进行仿真； 【基本要求及说明】: 1、按照设计要求自行定义电路图纸尺寸； 2、设计任务如下： 基于热敏电阻的数字温度计 设计要求 使用热敏电阻类的温度传感器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来，将被测温度在显示器上显示出来： ●测量温度范围?50℃～110℃。 ●精度误差小于0.5℃。 ●LED数码直读显示。 本题目使用铂热电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在此可以近似取电阻变化率为 0.385Ω/℃。向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。 采用2.55mA的电流源对PT100进行供电，然后用运算放大器LM324搭建的同相放大电路将其电压信号放大10倍后输入到AD0804中。利用电阻变化率0.385Ω/℃的特性，计算出当前温度值。 3、按照设计任务在Proteus 6 Professional中绘制电路原理图； 4、根据设计任务的要求编写程序，在Proteus下进行仿真，实现相应功能。【按照要求撰写总结报告】 成绩：＿＿＿＿＿
一、任务说明 使用热敏电阻类的温度传感器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来，将被测温度在显示器上显示出来： ●测量温度范围?50℃～110℃。 ●精度误差小于0.5℃。 ●LED数码直读显示。 本题目使用铂热电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在此可以近似取电阻变化率为 0.385Ω/℃。向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。 采用2.55mA的电流源对PT100进行供电，然后用运算放大器LM324搭建的同相放大电路将其电压信号放大10倍后输入到AD0804中。利用电阻变化率0.385Ω/℃的特性，计算出当前温度值。 二、元器件简介 1、AT89C51简介 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS，8位微处理器，俗称单片机。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。其引脚图如图一所示。 图一 AT89C51引脚图
PB05210298 张晶晶 实验报告三 实验题目：用热敏电阻测量温度 实验原理： 1． 半导体热敏电阻的电阻——温度特性 某些金属氧化物半导体（如：Fe 3O 4、MgCr 2O 4等）的电阻与温度关系满足式（1）： T B T e R R ∞= （1） 式中R T 是温度T 时的热敏电阻阻值，R ∞是T 趋于无穷时热敏电阻的阻值，B 是热敏电阻的材料常数，T 为热力学温度。 金属的电阻与温度的关系满足（2）： )](1[1212t t a R R t t -+= （2） 式中a 是与金属材料温度特性有关的系数，R t1、R t2分别对应于温度t 1、t 2时的电阻值。 根据定义，电阻的温度系数可由式（3）来决定： dt dR R a t t 1= （3） R t 是在温度为t 时的电阻值，由图3.5.2-1（a ）可知，在R-t 曲线某一特定点作切线，便可求出该温度时的半导体电阻温度系数a 。 2． 惠斯通电桥的工作原理 半导体热敏电阻和金属电阻的阻值范围，一般在1～106 Ω,需要较精确测量时常用电桥法，惠斯通电桥是应用很广泛的一种仪器。 惠斯通电桥的原理，如图3.5.2-2（a ）所示。四个电阻R 0、R 1、R 2、R x 组成一个四边形，即电桥的四个臂，其中R x 就是待测电阻。在四边形的一对对角A 和C 之间连接电源E ，而在另一对对角B 和D 之间接入检流计G 。当B 和D 两点电位相等时，G 中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必有02 1 R R R R x = ，
R 1/R 2和R 0都已知，R x 即可求出。R 1/R 2称电桥的比例臂，由一个旋钮调节，它采用十进制固定值，共分0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000 七挡。R 0为标准可变电阻，由有四个旋钮的电阻箱组成，最小改变量为1Ω，保证结构有四位有效数字。 02 1 R R R R x 是在电桥平衡的条件下推导出来的。电桥是否平衡是由检流计有无偏转来判断的，而检流计的灵敏度总是有限的。如实验中所用的张丝式检流计，其指针偏转一格所对应的电流约为10-6A ，当通过它的电流比10-7A 还小时，指针的偏转小于0.1格，就很难觉察出来。假设电桥在R 1/R 2=1时调到平衡，则有
实验五十一 热敏电阻温度计的设计安装和使用 利用热敏电阻作为感温元件，并且配有温度显示装置的温度测量仪表称为热敏电阻温度计。热敏电阻能把温度信号变成电信号，从而实现了非电量的（电测法）测量。值得提出的是，电量测量是现代测量技术中最简便的测量技术，不仅测量装置简单、造价低、灵敏度高、而且容易实现自动测量和自动控制，是测量技术的一个重要发展趋势。 本实验要求学生根据实验室提供的条件，设计和安装一台热敏电阻温度计，并对这台温度计的测量误差进行简要地测试和评价。 实验原理 1. 负温度系数热敏电阻的温度特性 热敏电阻按其温度特性可分为正温度系数型、负温度 系数型及开关型三大类。其中负温度系数热敏电阻器是以 锰、钴、镍、铜和铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷 工艺制成。这些金属氧化物都具有半导体性质，温度低时，载流子数目小，因此阻值高；温度升高时，载流子数目急剧增加，因此阻值急剧下降，如图1所示，其方程可表示为 ： T B T Ae R = （1） 式中A 、B 是与材料有关的常数。由（1）式看出，R T 是T 的单值函数，只要测出阻值R T 的变化就能推测出 温度T 的变化。 2. 非平衡电桥 非平衡电桥电路如图2所示，当R 1=R 2（对称电 图1 负温度系数热敏电阻的温度特性图2 非平衡电桥
桥）及R t =R 3时，电桥平衡，G 指零。如果R t 的阻值发生变化，则电桥的平衡条件被破坏，G 中就有电流通过，指针发生偏转，偏转越大，说明R t 变化也越大。 根据桥路的基尔霍夫方程： ???????==++=?+??=?+21 23 22213211)(0 )()(0R R U R I I R I R I R I I R I I R I R I R I cd t g g g t g g g g 解出 ) ()(2)(31333t g t t g cd t g R R R R R R R R R U R R I ++++?= （2） 由式（2）看出，在R 1（R 2），R 3，R g 及U cd 恒定条件下，I g 的大小唯一地由R t 值来决定，因而有可能根据G 偏转的大小来直接指示温度的高低。 3. 热敏电阻温度计的实验电路 如图3 所示，温度计的实验电路与图2所示的原理图相比有三点不同： （1）增加一个发光二极管LED ，作为电源指示， 它的工作电压为2V ～3V 。 （2）检流计G 换成微安表头。 （3）最重要的改动是在bd 支路中增加一个“校 准”支路，当K 2扳至“校”时，温度计处于“校 准”状态，当K 2扳至“测”时，温度计处于“测 量”状态。K 2是该仪表的状态选择开关。 4. 电路参数的设计与计算 图3电路中需要设计计算的参数有四个，下面分别介绍： (1)U cd 的确定 U cd 是桥路的工作电压，既不能过高，也不能过低。过高会使R t 产生自热现象， 图3 热敏电阻温度计的实验电路图
数字温度计的设计 【摘要】 本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，就是用单片机实现温度测量，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处理。本次采用DS18B20数字温度传感器来实现基于AT89S52单片机的数字温度计的设计用LCD数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求，可以用于温度等非电信号的测量，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，能独立工作的单片机温度检测、温度控制系统已经广泛应用很多领域。 【关键词】关键词1温度计；关键词2单片机；关键词3数字控制；关键词4DS1620 目录 第一章绪论 (2) 1.1 前言 (3) 1.2 数字温度计设计方案 (3) 1.3 总体设计框图 (3) 第二章硬件电路设计............................ 错误!未定义书签。 2.1 主要芯片介绍 (5) 2．1．1 AT89C51的介绍 (5) 2.1.2 AT89C51各引脚功能介绍 (5) 2．2 温度传感器 (7) 2.2．1 DS1620介绍 (7) 第三章软件设计................................ 错误!未定义书签。
3.1 主程序流程图 (11) 3.4 计算温度子程序流程图 (13) 3.5 显示数据刷新子程序流程图 (13) 第四章 Proteus仿真调试......................... 错误!未定义书签。 4.1 Proteus软件介绍 (15) 4.2 Proteus界面介绍 (16) 4.2.1 原理图编辑窗口 (18) 4.2.2 预览窗口 (23) 4.2.3 模型选择工具栏 (31) 4.2.4 元件列表 (35) 4.2.5 方向工具栏 (37) 4.2.6 仿真工具栏 (38) 4.3 本次设计仿真过程 (39) 4.3.1 创建原理图 (40) 设计总结 (50) 结论 (57) 参考文献 (59) 致谢 (62) 附录 (72)
基于热敏电阻的数字温度计专业班级：机械1108 组内成员：罗良李登宇李海先 指导老师：张华 日期： 2014年6月12日
1概述 随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入，温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。 目前温度计种类繁多，应用范围也比较广泛，大致可以包括以下几种方法： 1)利用物体热胀冷缩原理制成的温度计 2)利用热电效应技术制成的温度检测元件 3)利用热阻效应技术制成的温度计 4)利用热辐射原理制成的高温计 5)利用声学原理进行温度测量 本系统的温度测量采用的就是热阻效应。温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。将输出的微弱电压信号放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。 2设计方案 2.1设计目的 利用51单片机及热敏电阻设计一个温度采集系统，通过学过的单片机和数字电路及面向对象编程等课程的知识设计。要求的功能是能通过串口将采集的数据在显示窗口显示，采集的温度达一定的精度 2.2设计要求 使用热敏电阻类的温度传感器件利用其温感效应，将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来，将被测温度在显示器上显示出来。
3系统的设计及实现 3.1系统模块 3.1.1 AT89C51 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下
1 实验题目： 用热敏电阻测量温度 实验目的：本实验旨在了解热敏电阻-温度特性和测温原理，掌握惠斯通电桥的原理和使用方法。学习坐标变换、曲线改直的技巧和用异号法消除零点误差等方法。 实验原理： 1.半导体电阻与金属电阻的电阻-温度特性 半导体的电阻与温度关系满足：T B T e R R ∞= 式中R T 是温度T 时的热敏电阻阻值，R ∞是T 趋于无穷时热敏电阻的阻值，B 是热敏电阻的材料常数，T 为热力学温度。 而金属的电阻与温度的关系满足： )](1[1212t t a R R t t -+= 式中a 是与金属材料温度特性有关的系数，R t1、R t2分别对应于温度t 1、t 2时的电阻值。 根据定义，电阻的温度系数可由下式来决定：dt dR R a t t 1= R t 是在温度为t 时的电阻值，由下图可知，在R-t 曲线某一特定点作切线，便可求出该温度时的半导体电阻温度系数a 。 因此，热敏电阻的电阻-温度特性是非线性的（呈指数下降），而金属的电阻-温度特性是线性的。热敏电阻的温度系数约为-（30~60）×10-4K -1，金属的温度系数为1 4104--?K （铜），两者相比，热敏电阻的温度系数几乎大几十倍。所以，半导体电阻对温度变化的反应比金属电阻灵敏得多。 2.惠斯通电桥的工作原理 半导体热敏电阻和金属电阻的阻值范围，一般在1～106 Ω,需要较精确测量时常用电桥法，惠斯通电桥是应用很广泛的一种仪器。 惠斯通电桥的原理，如下图所示。四个电阻R 0、R 1、R 2、R x 组成一个四边形，R x 是待测电阻。当B 和D 两点电位相等时，检流计G 中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必有02 1 R R R R x = 。 电桥是否平衡是由检流计有无偏转来判断的，而检流计的灵敏度总是有限的。假设电桥在R 1/R 2=1时调到平衡，则有R x =R 0，这时若把R 0改变一个微小量ΔR 0，电桥便失去平衡从而有电流I G 流过检流计，如果I G 小到检流计察觉不出来，那么人们仍然会认为电桥是平衡的，因而00R R R x ?+=，ΔR 0就是由于检流计灵敏度不够高而带来的测量误差，因此引入电桥灵敏度S ，定义为：x x R R n S /??= Δn 越大，说明电桥灵敏度越高，带来的测量误差就越小。
目录 1 课程设计的目的 (1) 2 课程设计的任务和要求 (1) 3 设计方案与论证 (1) 4 电路设计 (2) 4.1 温度测量电路 (3) 4.2 单片机最小系统 (6) 4.3 LED数码显示电路 (8) 5 系统软件设计 (9) 6 系统调试 (9) 7 总结 (11) 参考文献 (13) 附录1：总体电路原理图 (14) 附录2：元器件清单 (15) 附录3：实物图 (16) 附录4：源程序 (17)
1 课程设计的目的 （1）掌握单片机原理及应用课程所学的理论知识； （2）了解使用单片机设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题； （3）学习单片机仿真、调试、测试、故障查找和排除的方法、技巧； （4）培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度； （5）锻炼自己的动手动脑能力，以提高理论联系实际的能力。 2 课程设计的任务和要求 （1）采用LED 数码管显示温度； （2）测量温度范围为-10℃~110℃； （3）测量精度误差小于0.5℃。 3 设计方案与论证 方案一：本方案主要是在温度检测部分利用了一款新型的温度检测芯片DS18B20，这个芯片大大简化了温度检测模块的设计，它无需A/D 转换，可直接将测得的温度值以二进制形式输出。该方案的原理框图如图3-1所示。 DS18B20是美国达拉斯半导体公司生产的新型温度检测器件，它是单片结构，无需外加A/D 即可输出数字量，通讯采用单线制，同时该通讯线还可兼作电源线，即具有寄生电源模式。它具有体积小、精度易保证、无需标定等特点，特别适合与单片机合用构成智能温度检测及控 制系统。 图3-1 方案一系统框图 单片机 最小系统 数码 显示 温度传感器 DS18B20
嵌入式设计 基于热敏电阻的数字温度计设计 院（系） 专业 班级 指导老师 学生姓名 成绩 2015年 7月 10日
目录 第一章绪论 (1) 第二章设计要求及构思 (2) 2.1设计要求 (2) 2.2设计构思 (2) 第三章总体程序流程图 (4) 第四章原理框图 (5) 4.1PT100铂热电阻: (5) 4.2信号放大电路 (5) 4.4主芯片电路图 (7) 4.5 四位数码管 (8) 第五章仿真电路图 (9) 第六章心得体会 (11) 参考文献 (12) 附录程序代码 (13)
第一章绪论 随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入，温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。目前温度计按测使用的温度计种类繁多，应用范围也比较广泛，大致可以包括以下几种方法：1，利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2，利用热电效应技术制成的温度检测元件3，利用热阻效应技术制成的温度计4，利用热辐射原理制成的高温计5，利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。将输出的微弱电压信号通过OP07放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。
第二章设计要求及构思 2.1设计要求 1.系统硬件设计 （1）使用热敏电阻PT100; （2）单片机采用MCS51系列； （3）LED数码管显示温度。 2.系统软件设计 （1）温度可以通过PT100热敏电阻实调程序； （2）AD转换芯片检测温度的模拟量程序； （3）LED显示程序； 3.系统功能 （1）测量温度范围?50℃～110℃； （2）精度误差小于0.5℃； （3）LED数码管显示。 2.2设计构思 （1）本题目使用铂热敏电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变，PT100后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在110℃时它的阻值约为142.29欧姆,在-50℃它的电阻值为80.31欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在0℃到110℃电阻的变化率为（142.29-100）/110≈ 0.3845Ω/℃,在-50到0℃电阻的变化率为（100-80.31）/50=0.3938Ω/℃。向PT100输入稳恒电流，使PT100输出的电压与其内部电阻成线性关系变化。 （2）其输出的的电压是模拟信号，需要进行模数转换后才能被有效显示。查找相关模数转换元器件后暂选ADC0808进行模数转换，其有效电压为0～5V。向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。 （3）由于0.385Ω相对于100多欧姆的电阻来说很小，即温度变化1℃时输出的电压变化量很小，这么小的电压不能改变ADC0808输出的一个数字信号。所以要对PT100输出的电压进行放大。放大倍数是根据最大测量温度确定的，即110℃时输出的电压不能超过+5V,否则测量不到110的温度，最终经调试后取放大倍数为36。再将放大后的电压输入ADC0808模数转换器。 （4）综上所述。采用2.49V的电压与运算放大器搭建成的恒流源对PT100进行供电，然后用运算放大器OP07搭建的同相放大电路将其电压信号放大36倍后输入到ADC0808中。ADC0808根据输入0到5V的电压，转换成对应的十进制0到255数字。再利用电阻变化率的特性，计算出当前温度值，数码管直接显示温度。
物理实验报告 实验一 一、实验题目：用热敏电阻测量温度 二、实验目的：了解热敏电阻-温度特性和测温原理，掌握惠斯通电桥的原理和使用方法。学习坐标变换、曲线改直的技巧和用异号法消除零点误差等方法。 三、实验原理：（1）半导体热敏电阻的电阻——温度特性 某些金属氧化物半导体（如：Fe 3O 4、MgCr 2O 4等）的电阻与温度关 系满足式（1）： T B T e R R ∞= （1） 式中R T 是温度T 时的热敏电阻阻值，R ∞是T 趋于无穷时热敏电阻的阻值，B 是热敏电阻的材料常数，T 为热力学温度。 两边取对数得; ∞+= R T B ln lnR T (2) 可以通过做T lnR － T 1 曲线，将曲线改直。 根据定义，电阻的温度系数可由式（3）来决定： dt dR R a t t 1= (3) 故在R-t 曲线某一特定点作切线，便可求出该温度时的半导体电阻温度系数a 。 （2）惠斯通电桥的工作原理 在电桥平衡下可推导出来：02 1 R R R R x = 当电桥平衡时检流计无偏转。实验时电桥调到R 1/R 2=1则有R x =R 0。电桥灵敏度S 为：
x x R R n S /??= （4） 式中ΔR x 指的是在电桥平衡后R x 的微小改变量（实际上待测电阻R x 若不能改变，可通过改变标准电阻R 0来测电桥灵敏度），Δn 越大，说明电桥灵敏度越高，带来的测量误差就越小。 （3）实验装置图：
四、实验器材：半导体热敏电阻、检流计、惠斯通电桥、电炉、温度计 五、实验步骤：（1）按图3.5.2-3接线，先将调压器输出调为零，测室温下的热敏 电阻阻值，注意选择惠斯通电桥合适的量程。先调电桥至平衡 得R0，改变R0为R0+ΔR0，使检流计偏转一格，求出电桥灵敏 度；再将R0改变为R0-ΔR0，使检流计反方向偏转一格，求电 桥灵敏度（因为人工所调平衡可能存在误差，而正反测量以后 可以减小这种误差） （2）调节变压器输出进行加温，从15℃开始每隔5℃测量一次 R t，直到85℃。撤去电炉，使水温慢冷却，测量降温过程中，各 对应温度点的R t。求升温和降温时的各R的平均值，然后绘制出 热敏电阻的R t-t特性曲线 六、实验数据记录： 表3.5.2--1 表3.5.2—2
评分： 大学物理实验设计性实验 实《用热敏电阻改装温度计》实验提要 设计要求 ⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明 书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶根据实验情况自己确定所需的测量次数。 实验仪器 惠斯通电桥，电阻箱，表头，热敏电阻，水银温度计，加热电炉，烧杯等实验所改装的温度计的要求 （1）要求测量范围在40℃~80℃。 （2）定标时要求测量升温和降温中同一温度下热敏温度计的指示值（自己确定测量间隔，要达到一定的测量精度）。 （3）改装后用所改装的温度计测量多次不同温度的热水的温度，同时用水银温度计测出此时的热水温度（作为标准值），绘制出校正曲线。 提交整体设计方案时间 学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求电子版。用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里。 思考题 如何才能提高改装热敏温度计的精确度？ 用热敏电阻改装温度计 实验目的： 1．了解热敏电阻的特性； 2．掌握用热敏电阻测量温度的基本原理和方法； 3．进一步掌握惠斯通电桥的原理及应用。 实验仪器：
惠斯通电桥，电阻箱，热敏电阻，水银温度计，滑动变阻器，微安表，加热电炉，烧杯等 实验原理： 1．惠斯通电桥原理 惠斯通电桥原理电路图如图1所示。当电桥平衡时，B，D之间的电势相等，桥路电流I＝0，B,D之间相当于开路，则U B=U D;I1=I x,I2=I0; 于是I1R1=I2R2,I1R X=I2R0 由此得R1/R X=R2/R0 或R X=R0R1/R2 （1） （1）式即为惠斯通电桥的平衡条件，也是用来测量 电阻的原理公式。欲求R X，调节电桥平衡后，只要知道 R1,R2,R0的阻值，即可由(1)式求得其阻值。 2.热敏电阻温度计原理 热敏电阻是具有负的电阻温度系数，电阻值随温度升高而迅速下降，这是因为热敏电阻由半导体制成，在这些半导体内部，自由电子数目随温度的升高增加的很快，导电能力很快增强，虽然原子振动也会加剧并阻碍电子的运动。但这样作用对导电性能的影响远小于电子被释放而改变导电性能的作用，所以温度上升会使电阻下降。 这样我们就可以测量电桥非平衡时通过桥路的电流大小来表征温度的高低。 热敏电阻温度计的设计电路图如图2示
热电阻温度计的结构和原理 其优点如下： 1、循环周期9～13秒，生产效率高，—条线年产标砖6000万块。 2、蒸养车可码放砖坯16层，有效利用蒸压釜，节约蒸压能耗23%。 3、整机布局结构紧凑，占地面积小，能节省土建投资成本达28%。 4、抓坯和码垛定位精度高，减少中间周转过程，提高制品的成品率。 5、自动化程度高，操作简单方便，实现单机单人操作。 热电阻温度计的结构和原理？ 热电阻是近年来发展起来的一种新型半导体感温元件。由于它具有灵敏度高、 体积小、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点，因此应用非常广泛。负系数热敏电阻热敏电阻与普通热电阻不同，它具有
负的电阻温度特性，当温度升高时，电阻值减小热敏电阻的阻值---温度特性曲线是一条指数曲线，非线性度较大，因此在使用时要进行线性化处理，线性化处理虽然能改善热敏电阻的特性曲线，但比较复杂。热敏电阻的应用是为了感知温度为此给热敏电阻以恒定的电流，测量电阻两端就得到一个电压，然后就可以求得温度。如能测得热敏电阻两端的电压，再知道参数和系数k，则可计算出热敏电阻的环境温度，也就是被测的温度。这样就把电阻随温度的变化关系转化为电压温度变化的关系了。电阻温度计就 是把热敏电阻两端电压值经a/d转换变成数字量，然后通过软件方法计算得到温度值，再通过进行显示。 热电阻温度计的工作原理 热电阻 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。1、热电阻测温原
理及材料热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加 这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。2、热电阻的类型1）普通型热电阻从热电阻的测温 2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击； ③能弯曲，便于安装④使用寿命长。3）端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。4）隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于bla--b3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。铠
测量热敏电阻的温度特性 热敏电阻是用半导体材料制成的热敏器件，根据其电阻率随温度变化的特性不同，大致可分为三种类型：（1）NTC （负温度系数）型热敏电阻；（2）PTC （正温度系数）型热敏电阻；（3）CTC （临界温度系数）型热敏电阻。其中PTC 型和CTC 型热敏电阻在一定温度范围内，阻值随温度剧烈变化，因此可用做开关元件。热敏电阻器在温度测控、现代电子仪器及家用电器（如电视机消磁电路、电子驱蚊器）等中有广泛用途。在温度测量中使用较多的是NTC 型热敏电阻，本实验将测量其电阻温度特性。 1.实验目的 (1)测量NTC 型热敏电阻的温度特性； (2)学习用作图法处理非线性数据。 2.实验原理 NTC 型热敏电阻特性 NTC 型热敏电阻是具有负的温度系数的热敏电阻，即随着温度升高其阻值下降，在不太宽的温度范围内（小于450℃），其电阻-温度特性符合负指数规律。 NTC 热敏电阻值R 随温度T 变化的规律由式(1-1)表示 T B T Ae R = （1-1） 其中A 、B 为与材料有关的特性常数，T 为绝对温度，单位K 。对于一定的热敏电阻， A 、 B 为常数。对式（1-1）两边取自然对数有 T B A R T + =ln ln (1-2) 从T R T 1ln -的线性拟合中，可得到A 、B 的值，写出热敏电阻温度特性 的经验公式。 3.实验内容 （1）连接电路。 （2）观察NTC 型热敏电阻的温度特性。 （3）测量NTC 型热敏电阻的温度特性。
（4）数据处理 R 特性曲线； a. 画出热敏电阻的t
b. 画出T R T 1ln 曲线，求出其直线的截距、斜率，即可求得A 、B ，写 出热敏电阻温度特性的经验公式。 （注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）
实验题目：半导体温度计的设计与制作 实验目的：测试温度在20~70 ℃的范围内，选用合适的热敏电阻和非平衡电桥线路（或选用你认为更好 的测温电路）来设计一半导体温度计。进一步理解热敏电阻的伏安特性和惠斯通电桥测电阻的原理，学习非电学量的电测法，了解实验中的替代原理的应用。 实验原理：（1）半导体温度计就是利用半导体的电阻值随温度急剧变化的特性而制作的，以半导体热敏 电阻为传感器，通过测量其电阻值来确定温度的仪器。这种测量方法为非电量的电测法。 （2）由于金属氧化物半导体的电阻值对温度的反应很灵敏（参见实验3.5.2），因此可以作为温传感器。 为实现非电量的电测法，采用电学仪器来测量热敏电阻的阻值， 还需要了解热敏电阻的伏安特性。由图1可知，在曲线的起始 部分，曲线接近线性，此时，热敏电阻的阻值主要与外界温度 有关，电流的影响可以忽略不计。 （3）半导体温度计测温电路的原理图如图2所示，当电桥平衡时， 表的指示必为零，此时应满足条件T R R R R 321=，若取R 12，则R 3的数值即为的数值。平衡后，若电桥某一臂的电阻又发生改变（如）， 则平衡将受到破坏，微安计中将有电流流过，微安计中的电流的 大小直接反映了热敏电阻的阻值的大小。 （4）当热敏电阻的阻值在测温量程的下限1时，要求微安计的 读数为零（即0），此时电桥处于平衡状态，满足平衡条件。若 取R 12，则R 31，即R 3就是热敏电阻处在测温量程的下限温度时的 电阻值，由此也就决定了R 3的电阻值。 （5）当温度增加时，热敏电阻的电阻值就会减小，电桥出现不平衡，在微安计中就有电流流过。当热敏电阻处在测温量程的上限温度电阻值2时，要求微安计的读数为满刻度。由于 G T I I >>，则加在电桥两端上的电压近似有：)(3R R I V T CD += （1） 根据图2的电桥电路，由基尔霍夫方程组可以求出
评分：大学物理实验设计性实验实验报告 实验题目：热敏电阻改装温度计 班级： 姓名：学号： 指导教师： **学院物理系大学物理实验室 实验日期：2010年12 月10 日 实验6 《用热敏电阻改装温度计》实验提要
实验课题及任务 热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体。不同于导体的阻值——温度特性（温度升高，阻值增大），半导体热敏电阻的阻值——温度特性是当温度升高，阻值降低。产生这种现象的原因是由于半导体中的载流子数目随着温度升高而按数激烈地增加，载流子的数目越多，导电能力越强，电阻率就越小。热敏电阻温度计是利用半导体的电阻值随温度急剧变化的特性而制作的，以半导体热敏电阻为传感器，通过测量其电阻值来确定温度的仪器。可以利用这种“非平衡电桥”的电路原理来实现对温度的测量。用半导体热敏电阻作为传感器，设计制作一台测温围为40℃~90℃的半导体温度计。 《用热敏电阻改装温度计》实验课题任务是：根据所学的知识，设计实验把所给的热敏电阻改装成热敏温度计。 学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用热敏电阻改装温度计》的整体方案，容包括：(写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验容和步骤。)，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。 设计要求 ⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶根据实验情况自己确定所需的测量次数。 实验仪器 惠斯通电桥，电阻箱，表头，热敏电阻，水银温度计，加热电炉，烧杯等 实验所改装的温度计的要求 （1）要求测量围在40℃~80℃。 （2）定标时要求测量升温和降温中同一温度下热敏温度计的指示值（自己确定测量间隔，要达到一定的测量精度）。 （3）改装后用所改装的温度计测量多次不同温度的热水的温度，同时用水银温度计测出此时的热水温度（作为标准值），绘制出校正曲线。 评分参考(10分) ⑴正确写出实验原理和计算公式，2分。 ⑵正确的写出测量方法，1分。 ⑶写出实验容及步骤，1分。
NTC热敏电阻器在高精度温度测量中的应用 于丽丽1,王剑华2,殳伟群2 (1.同济大学电子信息学院,上海200092;2.同济大学中德学院,上海200092) 摘 要:介绍了用NT C热敏电阻器进行高精度温度测量的几点考虑。分析了影响测量精度的各种因素,并提出了一些解决方法,主要的措施有:直流恒流源微安级电流;四线制测量电路;高分辨力(24位)ADC;数字滤波;仪器自校准等。实际测量表明:使用恰当的热敏电阻器在较窄的范围内(0～60℃)测量精度可达±0.001℃。 关键词:热敏电阻器;高精度温度测量;校准 中图分类号:TP223 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2004)12-0075-03 Application of NTC thermistor in high accurate temperature measurement Y U Li2li1,W ANGJian2hua2,SH U Wei2qun2 (1.Dept of E lct I nfo,Tongji U niversity,Sh angh ai200092,China; 2.Dept of China2G erm any,Tongji U niversity,Sh angh ai200092,China) Abstract:A few res olvents of the problems in high accurate tem perature measurement using NT C thermistors are intro2 duced.The various factors affected measurement accuracy are analyzed,and a few res olvents are advanced.S ome mea2 sures are used:constant current s ource offering microam pere current,4wire tem perature measuring circuit,ADC with ex2 cellent res olution,digital filter,instrument recalibration itself,etc.I t is indicated that high accuracy of0.001℃in a nar2 row range of tem perature(0～60℃)can be achieved by using fit thermistors. K ey w ords:thermistor;high2accurate tem perature measurement;calibration 0 引 言 NT C热敏电阻器除具有体积小、响应快、耐振动等优点外,还有阻值高、温度特性曲线的斜率大等特点。由于阻值高,往往可以忽略引线电阻的影响,即允许采用二线制接法。由于阻值随温度变化大,相应输出较大,对二次仪表的要求相对较低。缺点是量程窄、互换性差。 针对本文涉及研制项目温度测量量程窄、测量精度要求高(22℃±0.01℃)等特点,选用了经反复老化、长期稳定性指标优于0.002℃/a的热敏电阻器。尽管其阻值很高,仍然采用四线制的接法,以消除很小一点的引线电阻影响。对单支传感器进行了量程范围内多个温度点的严格标定。将其与采用特殊结构的61 2 电阻测量仪表相配合,最后,得到了期待的精度[1]。 1 高精度温度测量系统的研究 1.1 数学模型 热敏电阻与温度的关系是严重非线性。为了对这种非线性进行尽可能准确的描述,采用了如下的S teinhart2Hart 方程 收稿日期:2004-06-27 R=exp(A+ B T +C T2 +D T3 ),(1)式中 T为绝对温度值,K;R为热敏电阻器在温度为T时的电阻值,Ω。A,B,C,D则为4个特定的参数。一般需要采用多个温度点(至少4点)的标定获得热敏电阻器在已知温度点的阻值,然后,经过拟合获得模型的参数。这是一个从T和R出发推算A,B,C,D的过程,即校准或建模的过程。而测量时,则是在已知A,B,C,D的前提下,根据测出的R和数学模型推算出T的过程,这实际上是个内插的过程。 1.2 影响测量精度的因素 为了用热敏电阻器进行高精度的温度测量,必须研究各种影响因素,并采取相应的对策。在不考虑热敏电阻器的长期稳定性的前提下,尚有如下因素应当考虑: (1)热敏电阻器的标定:从第1.1节的表述可以看出:高精度的测量实际是一个高精度的内插问题。而要进行高精度的内插,需要事先进行高精度的建模。而高精度的建 57 2004年第23卷第12期 传感器技术(Journal of T ransducer T echnology)
大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 xxx 学号 xxx 实验台号 实验时间 2019 年 11 月 25 日，第14周，星期 二 第 5-6 节 实验名称 热敏电阻温度计的设计 教师评语 实验目的与要求： （1） 掌握电阻温度计测量温度的基本原理和方法。 （2） 设计和组装一个热敏电阻温度计。 主要仪器设备： 稳压电源， 自制电桥盒（如右下图所示）， 直流单臂电桥箱和热敏电阻感温原件等。 实验原理和内容： 热敏电阻温度计的工作原理 由于热敏电阻的阻值具有随温度变化而变化的性质， 我们可以将热敏电阻作为一个感温原件， 以阻值的变化来体现环境温度的变化。 但是阻值的变化量以直接测量的方式获得可能存在较大的误差， 因此要将其转化为一个对外部条件变化更加敏感的物理量； 本实验中选择的是电流， 通过电桥可以将电阻阻值的变化转化为电流（电压）的变化。 电桥的结构如右图所示， R1、R2、R3为可调节电阻， Rt 为热敏电阻。 当四个电阻值选择适当时， 可以使电桥达到平衡， 即AB 之间（微安表头）没有电流流过， 微安表指零； 当Rt 发生变化时， 电桥不平衡， AB 间有电流流过， 可以通过微安表读出电流大小， 从而进一步表征温度的变化。 成 绩 教师签字
当电桥不平衡时， 可以描绘成如右侧的电路图。 根据基尔霍夫定律和R1=R2的条件， 能够求得微安表在非平衡状态下的电流表达式： t t g t t cd g R R R R R R R R R U I ++++- =33132 2)21( 式中， Ucd 为加载在电桥两端的电压， Rg 为微安表头的内阻值。 可以见到， 为使Ig 为相关于Rt 的单值函数， R1、R2、R3和Ucd 必须为定值， 而其定制的大小则决定于以下两个因素： 1） 热敏电阻的电阻-温度特性。 2） 所设计的温度计的测温上限t1和测温下限t2。 步骤与操作方法： 1. 温度计的设计 （1） 测出所选择的热敏电阻Rt-t 曲线（或由实验室给出）。 （2） 确定R1、R2、R3的阻值。 具体方法如下： 该实验中， t1=20℃，t2=70℃, 对应R t -t 曲线可以得到R t1和R t2； Rg 由实验室给出， U cd 取值为1.3V ， 由微安表面板上可读出I gm =50μA 。 根据电桥关系， 有R 1=R 2， R 3= R t1， R t = R t2， I g =I gm ； 再将以上量代入关系式：)(2)21(2 12121221t t t t g t t t gm cd R R R R R R R R I U R R ++-+-==， 计算得到R1和R2的值。 2. 温度计的调试 （1） 将面板上的开关扳向下方， 将R1和R2调节到方才的计算值之后， 保持不变。 （2） 将微安表接入电路， Rt 先用一个四位旋钮式的电阻箱代替接入E 、D 两点， 并链接其 余电路和电源。 （3） 将电阻箱调至R t1的计算值， 打开电源，调节R3使微安表指零，此时R3调节完毕， 有 R3= R t1。
物理实验报告 化学物理系 05级 姓名 张亮 实验时间 3/27晚 学号 PB05206050 实验一（3.5.2） 一、实验题目：用热敏电阻测量温度 二、实验目的：了解热敏电阻-温度特性和测温原理，掌握惠斯通电桥的原理和使用方法。学习坐标变换、曲线改直的技巧和用异号法消除零点误差等方法。 三、实验原理：（1）半导体热敏电阻的电阻——温度特性 某些金属氧化物半导体（如：Fe 3O 4、MgCr 2O 4等）的电阻与温度 关系满足式（1）： T B T e R R ∞= （1） 式中R T 是温度T 时的热敏电阻阻值，R ∞是T 趋于无穷时热敏电阻的阻值，B 是热敏电阻的材料常数，T 为热力学温度。 两边取对数得; ∞+= R T B ln lnR T (2) 可以通过做T lnR － T 1 曲线，将曲线改直。 根据定义，电阻的温度系数可由式（3）来决定： dt dR R a t t 1= (3) 故在R-t 曲线某一特定点作切线，便可求出该温度时的半导体电阻温度系数a 。 （2）惠斯通电桥的工作原理 在电桥平衡下可推导出来：02 1 R R R R x = 当电桥平衡时检流计无偏转。实验时电桥调到R 1/R 2=1则有R x =R 0。电桥灵敏度S 为： x x R R n S /??= （4） 式中ΔR x 指的是在电桥平衡后R x 的微小改变量（实际上待测电阻R x
若不能改变，可通过改变标准电阻R0来测电桥灵敏度），Δn越大，说明电桥灵敏度越高，带来的测量误差就越小。 （3）实验装置图：
四、实验器材：半导体热敏电阻、检流计、惠斯通电桥、电炉、温度计 五、实验步骤：（1）按图3.5.2-3接线，先将调压器输出调为零，测室温下的热 敏电阻阻值，注意选择惠斯通电桥合适的量程。先调电桥至平 衡得R0，改变R0为R0+ΔR0，使检流计偏转一格，求出电桥 灵敏度；再将R0改变为R0-ΔR0，使检流计反方向偏转一格， 求电桥灵敏度（因为人工所调平衡可能存在误差，而正反测量 以后可以减小这种误差） （2）调节变压器输出进行加温，从15℃开始每隔5℃测量一次 R t，直到85℃。撤去电炉，使水温慢冷却，测量降温过程中，各 对应温度点的R t。求升温和降温时的各R的平均值，然后绘制 出热敏电阻的R t-t特性曲线 六、实验数据记录：