便携式温度测量仪

T T
T
T
并适当的调整常数，就可以得到（5.11）式 和（5.13）式，因而（5.11）式和（5.13） 式可以看作是式（5.14）的一种特例。
为了与原有的公式作比较，对所有的i，令 d i ≡ d 并令函数 (5.15) 将式（5.15）带入式(5.14),就可以得到具体的描述Rn g T特性的公式 j R(T ) = nd exp[ ] j (5.16a)
测试仪器设计报告
便携式温度测量仪
设计目的：去年的SARS横行时，政府为了控制疫 设计目的 情扩散，采取隔离措施、而从一班人群中隔离出 SARS患者的最初一步是通过体温测量。上海交大 为了防止疫情在校内蔓延，为每位同学分发了一个 水银体温计。在使用中尽管测试较为准确，但是时 间较长，需要5分钟左右；并且由于是玻璃管温度 计，内装水银，如果玻璃管破碎，易造成重金属汞 污染，影响学生健康。同时在火车站等人员流动频 繁处设有固定红外线测温装置，但是由于体积较大， 移动不便，且成本较高。为此，本组设计便携式温 度计，既能较准确得测量温度，成本又不至于很高， 有较高的性价比，适用于医疗卫生团体作应急使用。
市场预测：此温度计体积小，便于携带，可以作为非常时期的手持式温 市场预测 度计，可以为医护人员快速获取体温资料提供很大方便。同时，由于其 响应时间较短，通常在几秒中内即可测得温度，可以为医疗作业提高一 定的效率。而放弃采用玻璃管水银温度计则大大提高了安全系数。本设 计中的测温仪器准确的说只是一个测温内核，因此，如果加上其他辅助 设备，可以应用于很多方面。例如，在信号输出端接上电磁继电器，通 过电流信号控制电磁继电器的通断，从而显示为一光源的亮与不亮，直 观的显示温度的合格与否；如果接上一指针式显示器，则能够将测试结 果较准确的一数值形式记录，可以帮助进行简单的病情情况判断；如果 需要更加精确的温度显示，可以在输出端连接集成电路，把信号转化为 数字在液晶屏上显示，这样准确的温度更加有助于医师对病情的把握。 可以说，本内核配备上不同的附件可以实现用户的低，中，高的各层次 的要求，如果设计一个插口，能够简单的通过插拔装置，来完成各层次 测试，那么会有很大的市场空间。并且，可以将各种附件配成一套，以 套装形式出售，增大销售量。在报告开始，曾经提到过，本设计的适用 于多个领域。其一就是现在的婴儿用品。如今人们的生活水平提高了， 对于健康的要求也变高了；而计划生育政策的实施，使得家长对于孩子 得关心与日俱增，婴儿的健康更是成为重中之重。使用本测试仪器对婴 儿的食品温度，环境温度，接触的水环境温度都能有很好的监控。对于 这一较为新兴的产业，可以适当的提高产品价格，以获取更大的盈利空 间。
精确度分析
在测温应用中，当用不同的描述R-T 特征公式分 析实验数据时，人们最关心的是公式的精确度。由 公式（5.14a）分析实验数据，得到的温度值的误差 可小于0.007℃,远远优于用公式（5.11）得到的值。 下面将结合参数α来分析由公式（5.16）得到的温度 值的误差。 α为描述热敏电阻对温度的变化的灵敏度的特征 参数，其定义为 1 dR ( T ) α＝ (5.17）
方案选择：在总结讨论以及参阅网络资料，相关图书后，对方案进行评价： 方案选择 A方案 从资料上可以查得，热电偶使用范围主要在工业上，测试1000℃左右的高温 尤其准确。 B方案 在性能上，热电阻的线性度很好，在低温测量中测试较为精确，但是由于金 属电阻本身的阻值很小，导线电阻不可忽略。 金属活动性也决定了热电阻不适合在潮湿的 环境下工作，且不耐腐蚀。 C方案 温度的测试会很准确，但是由于采用集成装置，成本的因素不得不考虑。 D方案 结构简单，体积小，电阻温度系数大，灵敏度较高，电阻率高，热惯性小， 适于动态测量，制造简单，使用寿命较长。但是由于线性度差需要进行线性度修正。 最后，经过小组成员讨论，决定采用第四种方案，即使用热敏电阻测量温度。
半导体热敏电阻器R－T特性的理论分析
从总体上说半导体热敏电阻R－T特性服从指数关 系，这主要是由半导体的电阻率与温度的关系决定 的。式 (5.11)可以描述 1 1
Rt = R0 exp B ( T T0 )
各种热敏电阻器（如突变型和缓变型的PTC热敏电 阻器、一般及临界型的NTC热敏电阻器）的R－T特 性的基本变化趋势，但在高精度的测量中发现用它 们处理实验数据后误差不同，有的误差大，有的误 差作修正补偿后才能满足精度需要，这主要因为该 公式对热敏电阻器R－T特性的描写不够精确。
在选择测试材料时考虑到 三种半导体材料：1）负 温度系数热敏电阻 （NTC）；2）正温度系 数热敏电阻（PTC）；3） 临界温度系数热敏电阻 （CTR）。 同时在参考资料中 找到了热敏电阻温度特性 曲线 (如右图) 最终决定使用NTC。CTR 尽管作为温控开关很合适， 但由于过于简单，无法测 得很准确的温度值。
lnR=
g n +1 g2 g3 g4 g1 + + 2 + 3 + ...... + n T T T T
'
(5.23a)
g n +1 g2 g3 g4 + 2 + 3 + ...... + n lnR= g1 + C ln T + T T T T (5.23b) ' 其中：常数 g1 ＝ln（nd）＋ g1
R (T ) =
∑d
i =1 n
n
i
exp[ f i ( t )]
C
R (T ) =
∑d T
i =1 i
exp[ f i ( t )]
式中：di和C为不同常数。为温度T的函数，式R－T 关系的主要体现者 。
如果在关系式（5.14）中分别令 f i (T ) ≡ B / T b c C B 或 f i (T ) = (1 + ) 及 f i {T } ≡ a + + 2
这里可以进一步对该式作以修正，并提出了下面 两个公式：
R(t)=exp[a+b/T+c/ T 2 ] (5.13a） R(t)=exp[(1+C/T)B/T] (5.13b)
式中：a、b、c和C为材料常数，由热敏电阻的材 料的性质决定。
di
数学模型
从本质上说，各种热敏电阻器上的R－T特性满足指 数关系，因而可以用下面的表达式描述这一性质：
'
由式（5.18）和（5.21）可以看出由传统的描述R-T的特性 公式得到的灵敏度和lnR只与1/T的一次或二次项成正比，而 式（5.19a）给出的不仅与这两项有关，而且与1/T的三次项 成正比。这一项对精度和R/T关系来说，起到一个补偿和微 调的作用，使得有公式（5.13）计算得到的温度的误差远远 小于前者。式（5.22）和(5.23)中的三次或四次项及其它高 阶项，同样会起到一个细微调和微补偿的作用，这样由式 （5.16）得到的温度值的误差会远远小于基于原有公式的误 差值。
R dT
将式（5.11）、式(5.13) 和式(5.16)分别带入式 (5.17)，可以得到灵敏度的表达式为 B α=－ (5.18a) 2
T
α= α= α=
C B 2 T T
(5.18b) (5.19a) (5.19b)
a b T 2 T 3
A BC 3 T2 T
(n 1) g n g1 2 g 2 3g 3 α= 2 + 3 + 4 + ...... + n +1 (5.20a) T T T T
如果将与电阻值R对应的温度表示为T（R），经过 微小的变化R后项对应的温度表示为T（R＋R）， 则由公式计算得到的温度值误差（精确度）可用下 式来表征：
' T（R＋R） T(R)≈ TRR 式中：表示温度对电阻的一阶导数。
(5.24)
通过前面的分析及式（5.18）～（5.23）可以看出， S实际上式由描述热敏电阻的R－式的精确度决定的。 如果引入1/T的二次项，将会式得公式（5.13）对R －T特性描述更为精确，相应得由它计算得到得温 度值精确度得到了极大的提高。在公式（5.16）中， 如果把取道1/T的n次项相对应的精确度表示为 ， 则式（5.24）可表示为 S (n ) n (5.25) S = S (1) + S (2) + S (3) + ...... + S (n) = S (i )
参考文献： 参考文献 《传感器与检测技术》（西安电子科技大学出版社 彭军 编著） 《传感器技术》 （东南大学出版社 贾伯年 俞朴 编著） 《动力机械测试技术》（上海交通大学出版社 罗次 申 主编） 参考网址： 参考网址：
Байду номын сангаас
∑
i =1
上式中的 S (i )可以称为i阶测量精度，它与公式 （5.16）中所保留的i阶数项相对应，这样通过在改 式中适当截取到一定阶数项，就能得到相应的精确 度。
通过对R－T特性这种数学模型分析可以看出： 选取一定数目的实验数据点，通过简单的解 析计算，不但可以得到具有很高精确度的温 度值，而且其精确度是可以控制的； 在公式中引入多个直接与材料特性有关的常 数，对不同的材料热敏电阻来说，它们也不 相同，因而可以把它们看作是描述热敏电阻 材料特性的参数，从而是热敏电阻材料性质 的表征更加细致化。
简介：主要介绍了本组的便携式热敏电阻温 简介 度测量仪器的设计原理，设计方案，使用方 法，等一系列内容，同时就设计过程，思路 作出相关解释。 设计仪器：便携式温度测量仪(鉴于本仪器通 设计仪器 用性极强，适用范围广泛，以下报告中仅以 体温计为例 )
设计方案：根据以上设计要求，小组成员提出了以 设计方案 下几套初步方案： 1.使用热电偶仪器测量，利用仪器两电极材料不同， 在不同温度下量触点温度不同，电势不同原理制成。 2.使用热电阻，利用大多数金属导体电阻随温度变 化而产生变化这一原理制成。 3.利用集成温度传感器，把温敏晶体管和外围电路 集成到一块电路板上，外接显示装置，将测得信号 转换为温度输出。 4.使用半导体热敏电阻，利用其温度特性曲线，制 作成温度开关，通过对温度测试电路得控制达到检 测目的。 经过小组成员讨论，决定采用第四种方案，即使用 热敏电阻测量温度