测温电桥的电路设计、安装与使用
8页1、实验三十二 测温电桥的电路设计、安装与使用Experiment 32 Designing and assembling and operating temperature-measuring bridges温度是国际单位制(SI)中7个基本物理量之一,它与人类生存和社会发展有着十分密切的关系,在工农业生产、科学研究、医疗卫生和人们的日常生活中都离不开对温度的测量。图1 负温度系数热敏电阻的温度特性测温方法可分为接触测温法和非接触测温法。接触测温法就是测温敏感元件与被测物体直接接触的方法,水银温度计、电阻温度计、噪声温度计、石英频率温度计、热电偶等都是直接接触测温的仪器;非接触测温法是测温敏感元件不与被测物体直接接触的方法,目视光学高温计、光电高温计、光谱高温计、比色温度计、热像仪等都是非接触测温的仪器。测温电桥的感温元件是热敏电阻,它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,不但测量装置简单、造价低、灵敏度高,而且容易实现自动测量和自动控制,是测量技术中的一个重要发展趋势。本实验要求实验者根据热敏电阻的温度特性来设计和安
2、装一台指针式测温电桥。实验原理Experimental principle1 负温度系数热敏电阻的温度特性(temperature characteristic of negative temperature coefficient thermal resistor)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,温度底时,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,其方程表示为 (1)式中A,B是与材料有关的常数。由(1)式看出,只要测出阻值的变化就能推测出温度T的变化。图2 非平衡电桥2 非平衡电桥(non-equilibrium electric bridge)非平衡电桥电路如图2所示,当(对称电桥)及时,电桥平衡,G指零,如果的阻值发生变化,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,说明变化也越大。根据桥路的基尔霍夫方程,则有解得 (2)图3 热敏电阻温度计的实验电路图由式(
3、2)看出,在及恒定条件下,的大小唯一地由值来确定,因而有可能根据G偏转的大小来直接指示温度的高低。3 测温电桥的实验电路(experimental circuit of thermometric bridge)如图3所示,测温电桥电路与图2相比有三点不同: 1) 增加一个发光二极管LED,作为电源指示。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,当扳至“校”时,测温电桥处于“校准”状态,当扳至“测”时,测温电桥处于“测量”状态。4.电路参数的设计与计算(designing and calculation of circuit parameters)图3电路中需要设计或计算的参数有四个,下面分别介绍:1) 。不可过高,否则流过的电流过大,会使产生自热现象而造成对环境温度的干扰;也不可过低,否则微安表不能正常工作。根据实验所用的额定工作电流及微安表的量程,建议取1.3V。2) 。值的大小与测温电桥的下限温度有关。当环境温度为,值为时,微安表应指零。对于对称电桥()来说,必须等于。3) 。如果测温电桥的上限温度为,则有 :(桥路中G的满偏电流) (3)将
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