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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)字萬用表 單刀雙擲開關(guān) 導(dǎo)線 FD-WTC-D型恒溫控制裝置 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(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/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(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)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)過泰勒展開已證明在小區(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。