电子体温计原理图及参数说明

电子体温计的设计与制作

单元电路设计与计算说明

总体方案设计

（1）根据温度范围和精度选择NTC热敏电阻，确定其型号，根据电阻特性设计采集放大电路，利用运算放大器将温度信号转换为电压信号，设计电路时，因为单片机采集电压在0～2.5V，所以输入的测量范围为35～42℃，对应输出0～2.5V。

（2）采集完成以后输入单片机ATmega16的A/D口，对模拟量进行采样，转化为数字信号，单片机对采集的信号进行处理，根据采集的信号与温度的数学关系，将电信号转化为温度值[2]。

（3）用液晶屏显示出温度值。

（4）所需的电源功率足够小，能够利用开关电源供电。电子体温计系统大多主要使用3V直流电源。总体方案系统设计框图如图1-1所示。

一．测温电路的设计

（1）NTC热敏电阻介绍

1.热敏电阻是利用半导体的阻值随温度变化这一热性而制成的，分

为NTC（负温度系数）热敏电阻、PTC(正温度系数)热敏电阻两大类。PTC热敏电阻电阻值随温度的升高而增大，NTC热敏电阻电阻值随温度的升高而降低[5]。

2.正温度系数热敏电阻其电阻值随着PTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的增加，

温度越高，电阻值越大。

3.负温度系数热敏电阻其电阻值随着NTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的减小，

温度越高，电阻值越小。

4.NTC是Negative Temperature Coefficient的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数

很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的NTC是指负温度系数热敏电阻，简称NTC 热敏电阻。

5.NTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，它的电阻值随着温度的升高呈

阶跃性的减小。

6.NTC热敏电阻是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。

这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；

随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低[6]。

7.NTC热敏电阻根据其用途的不同分为：功率型NTC热敏电阻、补偿型NTC热敏电阻、测

温型NTC热敏电阻。

NTC热敏电阻的测温范围：低温型号为-100～0℃，中温型号为-50～+300℃，高温型号为+200～+800℃，主要材料为Mn、Ni、Co、Fe、Cu、Al等，用于温度测量、温度补偿和电流限制等。

图2-8热敏电阻器的电阻—温度特性曲线

热敏电阻的电阻值与温度的关系为[7]：

R T=R0e-B(1/T0-1/T) （2-2）其中R T—NTC在热力学温度为T时的电阻值

R0—NTC在热力学温度为T0时的电阻值，多数厂商将T0设定在298.15K（25℃）

B—热敏电阻的常数，它代表热敏电阻的灵敏度（对温度的敏感程度），与热敏电阻的制造材料有关。热敏电阻R0与常数B的关系如表所示[8]。

表2-3 热敏电阻R0 与常数B 的关系

使用温度范围（℃）

标准电阻值R0 标称常数B -50~100

6（T0=0℃） 3390 0~150

30(0℃） 3450 50~200

3(100℃） 3894 100~250

0.55(200℃） 4300 150~300

4(200℃） 5133 200~350

8(200℃） 5559

计算端基线性度误差： Lmax L max min

100% Δy y γ=⨯- （2-3） 式中 ∆ Lmax ——最大非线性偏差；

y max ﹣y min ——输出范围。

图2-9 传感器线性度示意图

a ）端基线性度这图要改为你自己的真实的曲线

1－端其拟合直线y =a +K x 2－实际特性曲线

线性化处理

多数传感器的输出信号与被测量之间的关系并非线性误差γ，如图2-10中的曲线1和曲线2。

图2-10 输出信号与被测量之间的非线性关系

1-类似于指数型非线性特性2-类似于对数型非线性特性3-线性化后的特性在非线性情况下，将严重影响测量准确度。因此必须先将实际曲线1或曲线2进行线性化处理，得到曲线3。

线性化处理的方法：

线性化处理可以由硬件实现，但线性化电路往往较复杂，也会增加检测系统的成本。在计算机系统处理能力允许的条件下，可以用软件实现线性化处理。设传感器的静态输入/输出的特性为y=f(x)，是非线性的，则可以通过查表法、线性插值法，以及二次抛物线折线法等几种线性化方法，得到线性的结果：y=Kx。

查表法虽然简单，但需逐点测量输入-输出对应数据；采用线性插值法时，划分的段数越多，得到的结果就越精确，但计算所需时间就越长，即仪器稳定时间就越长；二次抛物线折线法的计算就更加复杂。本设计采用对数计算的方法。利用T=3950/(log(R T/R O)+3950/298.15)-273.15公式来计算温度与热敏电阻的关系。

NTC热敏电阻用于温度测量和控制简介

热敏电阻具有尺寸小、响应速度快、灵敏度高等优点，因此它在许多领域得到广泛应用。热敏电阻在工业上的用途很广，根据产品型号不同，其适用范围也各不相同，具有以下方面[9]：

（1）热敏电阻测温作为测量温度的热敏电阻一般结构较简单，价格较低廉。没有外面保护层的热敏电阻只能应用在干燥的地方；密封的热敏电阻不怕湿气的侵蚀，可以使用在较恶劣的环境下。由于热敏电阻的阻值较大，故其连接导线的电阻和接触电阻可以忽略，在热敏电阻测量粮仓温度中，其引线可长达近千米。热敏电阻的测量电路多采用桥路，热敏电阻体温表原理图如图2-11所示。