《便攜式溫度測量儀》PPT課件.ppt

1、測試儀器設(shè)計報告便攜式溫度測量儀,設(shè)計目的：去年的SARS橫行時，政府為了控制疫情擴散，采取隔離措施、而從一班人群中隔離出SARS患者的最初一步是通過體溫測量。上海交大為了防止疫情在校內(nèi)蔓延，為每位同學分發(fā)了一個水銀體溫計。在使用中盡管測試較為準確，但是時間較長，需要5分鐘左右；并且由于是玻璃管溫度計，內(nèi)裝水銀，如果玻璃管破碎，易造成重金屬汞污染，影響學生健康。同時在火車站等人員流動頻繁處設(shè)有固定紅外線測溫裝置，但是由于體積較大，移動不便，且成本較高。為此，本組設(shè)計便攜式溫度計，既能較準確得測量溫度，成本又不至于很高，有較高的性價比，適用于醫(yī)療衛(wèi)生團體作應(yīng)急使用。,簡介：主要介紹了本組的便攜式

2、熱敏電阻溫度測量儀器的設(shè)計原理，設(shè)計方案，使用方法，等一系列內(nèi)容，同時就設(shè)計過程，思路作出相關(guān)解釋。 設(shè)計儀器：便攜式溫度測量儀(鑒于本儀器通用性極強，適用范圍廣泛，以下報告中僅以體溫計為例 ),設(shè)計方案：根據(jù)以上設(shè)計要求，小組成員提出了以下幾套初步方案： 1.使用熱電偶儀器測量，利用儀器兩電極材料不同，在不同溫度下量觸點溫度不同，電勢不同原理制成。 2.使用熱電阻，利用大多數(shù)金屬導體電阻隨溫度變化而產(chǎn)生變化這一原理制成。 3.利用集成溫度傳感器，把溫敏晶體管和外圍電路集成到一塊電路板上，外接顯示裝置，將測得信號轉(zhuǎn)換為溫度輸出。 4.使用半導體熱敏電阻，利用其溫度特性曲線，制作成溫度開關(guān)，通過

3、對溫度測試電路得控制達到檢測目的。 經(jīng)過小組成員討論，決定采用第四種方案，即使用熱敏電阻測量溫度,方案選擇：在總結(jié)討論以及參閱網(wǎng)絡(luò)資料，相關(guān)圖書后，對方案進行評價： A方案 從資料上可以查得，熱電偶使用范圍主要在工業(yè)上，測試1000左右的高溫尤其準確。 B方案 在性能上，熱電阻的線性度很好，在低溫測量中測試較為精確，但是由于金屬電阻本身的阻值很小，導線電阻不可忽略。 金屬活動性也決定了熱電阻不適合在潮濕的環(huán)境下工作，且不耐腐蝕。 C方案 溫度的測試會很準確，但是由于采用集成裝置，成本的因素不得不考慮。 D方案 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，電阻溫度系數(shù)大，靈敏度較高，電阻率高，熱慣性小，適于動態(tài)測量，制造

4、簡單，使用壽命較長。但是由于線性度差需要進行線性度修正。 最后，經(jīng)過小組成員討論，決定采用第四種方案，即使用熱敏電阻測量溫度。,在選擇測試材料時考慮到三種半導體材料：1）負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）；2）正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）；3）臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）。 同時在參考資料中找到了熱敏電阻溫度特性曲線 (如右圖) 最終決定使用NTC。CTR盡管作為溫控開關(guān)很合適，但由于過于簡單，無法測得很準確的溫度值。,半導體熱敏電阻器RT特性的理論分析,從總體上說半導體熱敏電阻RT特性服從指數(shù)關(guān)系，這主要是由半導體的電阻率與溫度的關(guān)系決定的。式 (5.11)可以描述 各種熱敏電阻器（如突變型和緩

5、變型的PTC熱敏電阻器、一般及臨界型的NTC熱敏電阻器）的RT特性的基本變化趨勢，但在高精度的測量中發(fā)現(xiàn)用它們處理實驗數(shù)據(jù)后誤差不同，有的誤差大，有的誤差作修正補償后才能滿足精度需要，這主要因為該公式對熱敏電阻器RT特性的描寫不夠精確。,這里可以進一步對該式作以修正，并提出了下面兩個公式： R(t)=expa+b/T+c/ (5.13a） R(t)=exp(1+C/T)B/T (5.13b) 式中：a、b、c和C為材料常數(shù)，由熱敏電阻的材料的性質(zhì)決定。,數(shù)學模型,從本質(zhì)上說，各種熱敏電阻器上的RT特性滿足指數(shù)關(guān)系，因而可以用下面的表達式描述這一性質(zhì)： 式中：di和C為不同常數(shù)。為溫度T的函數(shù)，

6、式RT關(guān)系的主要體現(xiàn)者 。,如果在關(guān)系式（5.14）中分別令 或 及 并適當?shù)恼{(diào)整常數(shù)，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）的一種特例。,為了與原有的公式作比較，對所有的i，令 并令函數(shù) (5.15) 將式（5.15）帶入式(5.14),就可以得到具體的描述R-T特性的公式 (5.16a) (5.16b) 式中: 表示T的j次冪。 式(5.16)與式(5.14)類似，不同之處在于它引入了多個表示材料性質(zhì)的常數(shù) 和1/T的高階項。,精確度分析,在測溫應(yīng)用中，當用不同的描述R-T特征公式分析實驗數(shù)據(jù)時，人們最關(guān)心的是公式的精確度。由公

7、式（5.14a）分析實驗數(shù)據(jù)，得到的溫度值的誤差可小于0.007,遠遠優(yōu)于用公式（5.11）得到的值。下面將結(jié)合參數(shù)來分析由公式（5.16）得到的溫度值的誤差。 為描述熱敏電阻對溫度的變化的靈敏度的特征參數(shù)，其定義為 (5.17）,將式（5.11）、式(5.13) 和式(5.16)分別帶入式(5.17)，可以得到靈敏度的表達式為 = (5.18a) = (5.18b) = (5.19a) = (5.19b) = (5.20a),= (5.20b) 由式(5.18)(5.20)可以看出靈敏度直接與1/T的各次項有關(guān)，實際上電阻值也可以用類似的形式表示出來。由式（5.11）、（5.13）和(5.1

8、6)可以得出 lnR=lnA+B/T (5.21a) lnR=lnA+ClnT+B/T (5.21b) lnR=a+b/T+c/ (5.22a) lnR= B/T+BC/ (5.22b),lnR= (5.23a) lnR= (5.23b) 其中：常數(shù) ln（nd）,由式（5.18）和（5.21）可以看出由傳統(tǒng)的描述R-T的特性公式得到的靈敏度和lnR只與1/T的一次或二次項成正比，而式（5.19a）給出的不僅與這兩項有關(guān)，而且與1/T的三次項成正比。這一項對精度和R/T關(guān)系來說，起到一個補償和微調(diào)的作用，使得有公式（5.13）計算得到的溫度的誤差遠遠小于前者。式（5.22）和(5.23)中的三

9、次或四次項及其它高階項，同樣會起到一個細微調(diào)和微補償?shù)淖饔茫@樣由式（5.16）得到的溫度值的誤差會遠遠小于基于原有公式的誤差值。 如果將與電阻值R對應(yīng)的溫度表示為T（R），經(jīng)過微小的變化R后項對應(yīng)的溫度表示為T（RR），則由公式計算得到的溫度值誤差（精確度）可用下式來表征： T（RR） R (5.24) 式中：表示溫度對電阻的一階導數(shù)。,通過前面的分析及式（5.18）（5.23）可以看出，S實際上式由描述熱敏電阻的R式的精確度決定的。如果引入1/T的二次項，將會式得公式（5.13）對RT特性描述更為精確，相應(yīng)得由它計算得到得溫度值精確度得到了極大的提高。在公式（5.16）中，如果把取道1/T

10、的n次項相對應(yīng)的精確度表示為 ，則式（5.24）可表示為 (5.25) 上式中的 可以稱為i階測量精度，它與公式（5.16）中所保留的i階數(shù)項相對應(yīng)，這樣通過在改式中適當截取到一定階數(shù)項，就能得到相應(yīng)的精確度。,通過對RT特性這種數(shù)學模型分析可以看出： 選取一定數(shù)目的實驗數(shù)據(jù)點，通過簡單的解析計算，不但可以得到具有很高精確度的溫度值，而且其精確度是可以控制的； 在公式中引入多個直接與材料特性有關(guān)的常數(shù)，對不同的材料熱敏電阻來說，它們也不相同，因而可以把它們看作是描述熱敏電阻材料特性的參數(shù)，從而是熱敏電阻材料性質(zhì)的表征更加細致化。,市場預(yù)測：此溫度計體積小，便于攜帶，可以作為非常時期的手持式溫度

11、計，可以為醫(yī)護人員快速獲取體溫資料提供很大方便。同時，由于其響應(yīng)時間較短，通常在幾秒中內(nèi)即可測得溫度，可以為醫(yī)療作業(yè)提高一定的效率。而放棄采用玻璃管水銀溫度計則大大提高了安全系數(shù)。本設(shè)計中的測溫儀器準確的說只是一個測溫內(nèi)核，因此，如果加上其他輔助設(shè)備，可以應(yīng)用于很多方面。例如，在信號輸出端接上電磁繼電器，通過電流信號控制電磁繼電器的通斷，從而顯示為一光源的亮與不亮，直觀的顯示溫度的合格與否；如果接上一指針式顯示器，則能夠?qū)y試結(jié)果較準確的一數(shù)值形式記錄，可以幫助進行簡單的病情情況判斷；如果需要更加精確的溫度顯示，可以在輸出端連接集成電路，把信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字在液晶屏上顯示，這樣準確的溫度更加有助于醫(yī)師對病情的把握?？梢哉f，本內(nèi)核配備上不同的附件可以實現(xiàn)用戶的低，中，高的各層次的要求，如果設(shè)計一個插口，能夠簡單的通過插拔裝置，來完成各層次測試，那么會有很大的市場空間。并且，可以將各種附件配成一套，以套裝形式出售，增大銷售量。在報告開始，曾經(jīng)提到過，本設(shè)計的適用于多個領(lǐng)域。其一就是現(xiàn)在的嬰兒用品。如今人們的生活水平提高了，對于健康的要求也變高了；而計劃生育政策的實施，使得家長對于孩子得關(guān)心與日俱