一種利用非平衡電橋設(shè)計(jì)電阻溫度計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提出一種利用非平衡電橋設(shè)計(jì)電阻溫度計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置。它由可調(diào)橋臂電阻R1、R2、R3及熱敏電阻Rt構(gòu)成電橋，由可調(diào)電壓源給電橋提供電源，熱敏電阻放置在玻璃水槽中，水槽內(nèi)設(shè)置半導(dǎo)體制冷裝置、加熱裝置及溫度傳感器。電橋的輸出電壓經(jīng)運(yùn)算放大器放大后在數(shù)字電壓表上顯示出來(lái)。將可調(diào)橋臂電阻調(diào)節(jié)合適，通過(guò)溫度控制器設(shè)定傳熱液體的溫度t，讀取電橋的輸出電壓Uo(t)，每隔一定溫度測(cè)量一次，繪制Uo(t)～t曲線(xiàn)，就可以通過(guò)Uo(t)測(cè)量溫度t。本實(shí)用新型采用可調(diào)橋臂電阻作為非平衡電橋的橋臂，可提高設(shè)計(jì)溫度計(jì)的靈敏度，設(shè)計(jì)的溫度計(jì)測(cè)量范圍可擴(kuò)展至室溫以下，電橋輸出電壓大小調(diào)節(jié)方便，容易使設(shè)計(jì)的溫度計(jì)顯示的數(shù)值正好為待測(cè)物體的攝氏溫度值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種物理實(shí)驗(yàn)裝置，具體是涉及一種利用非平衡電橋設(shè)計(jì)電阻溫 度計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置。 一種利用非平衡電橋設(shè)計(jì)電阻溫度計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 溫度的測(cè)量與控制在我們的日常生活及生產(chǎn)、科研中有廣泛的應(yīng)用，例如，火警 報(bào)訊器、恒溫烘箱、電冰箱等。在這些應(yīng)用裝置中，常常是電信號(hào)被"加工"以后去控制執(zhí) 行機(jī)構(gòu)工作的。但在"加工"之前，首先必須把由被控系統(tǒng)給出的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的 電信號(hào)，溫度傳感器就是執(zhí)行這一任務(wù)的器件。半導(dǎo)體熱敏電阻是一種阻值隨溫度改變 發(fā)生顯著變化的敏感元件，在工作溫度范圍內(nèi)，阻值隨溫度升高而增加的稱(chēng)為正溫度系數(shù) (Positive Temperature Coefficient簡(jiǎn)稱(chēng)PTC)熱敏電阻，反之稱(chēng)為負(fù)溫度系數(shù)（Negative Temperature Coefficient簡(jiǎn)稱(chēng)NTC)熱敏電阻。熱敏電阻具有體積小、反應(yīng)快、使用方便等 優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)熱敏電阻，可以把溫度及其變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量或電學(xué)量的變化加以測(cè)量。所以， 它被廣泛應(yīng)用于工、農(nóng)、醫(yī)、交通、軍事、科研等各個(gè)領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制工作中。
[0003] 直流電橋是一種精密的電學(xué)測(cè)量?jī)x器，可分為平衡電橋及非平衡電橋兩類(lèi)。平衡 電橋是通過(guò)調(diào)節(jié)電橋平衡，將待測(cè)電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較得到待測(cè)電阻的大小，如惠更 斯電橋、開(kāi)爾文電橋等都是平衡式直流電橋。由于需要調(diào)節(jié)平衡，因此平衡電橋只能用于測(cè) 量具有相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的物理量。隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，電橋的應(yīng)用不再局限于平衡電橋的 范圍，非平衡電橋在非電量的測(cè)量中已得到廣泛應(yīng)用。實(shí)際工程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，待測(cè)量往往 是連續(xù)變化的，只要能把待測(cè)量同電阻值的變化聯(lián)系起來(lái)，便可采用非平衡電橋進(jìn)行測(cè)量。 將各種電阻型傳感器接入電橋回路，橋路的輸出電壓就能反映出橋臂電阻的微小變化，因 此，通過(guò)測(cè)量非平衡電橋的輸出電壓就可以檢測(cè)出待測(cè)量的變化，如溫度、壓力、濕度等。
[0004] 利用非平衡電橋設(shè)計(jì)電阻溫度計(jì)的實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)中一個(gè)常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，它是 一個(gè)比較典型的非平衡電橋應(yīng)用實(shí)例，是市場(chǎng)上各類(lèi)數(shù)字溫度計(jì)的雛形，具有一定的實(shí)用 價(jià)值。
[0005] 目前利用非平衡電橋設(shè)計(jì)電阻溫度計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置主要存在以下不足：
[0006] 其一，非平衡電橋的橋臂一般采用固定步進(jìn)量、一定檔位的單盤(pán)變阻器，阻值可調(diào) 范圍比較小，很多情況下不能同熱敏電阻相適應(yīng)，使設(shè)計(jì)的溫度計(jì)靈敏度比較低，影響實(shí)驗(yàn) 效果。
[0007] 其二，加熱源溫度控制器一般是電源加熱，風(fēng)扇冷卻，以空氣作為傳熱物質(zhì)，受熱 不均勻，測(cè)量范圍一般只能是室溫或高于室溫，無(wú)法對(duì)低于室溫的情況進(jìn)行研究，使設(shè)計(jì)的 溫度計(jì)測(cè)量范圍受到限制。
[0008] 其三，電橋輸出電壓大小不易調(diào)節(jié)，很難使設(shè)計(jì)的溫度計(jì)顯示的數(shù)值正好為待測(cè) 物體的攝氏溫度值。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0009] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本實(shí)用新型提出一種利用非平衡電橋設(shè)計(jì)電阻溫 度計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置采用可調(diào)橋臂電阻作為非平衡電橋的橋臂，阻值可調(diào)范圍大，可與 各類(lèi)熱敏電阻相匹配，從而提高設(shè)計(jì)溫度計(jì)的靈敏度。以液體作為傳熱物質(zhì)，受熱均勻，而 且設(shè)計(jì)的溫度計(jì)測(cè)量范圍可以擴(kuò)展至室溫以下。電橋輸出電壓大小調(diào)節(jié)方便，容易使設(shè)計(jì) 的溫度計(jì)顯示的數(shù)值正好為待測(cè)物體的攝氏溫度值。
[0010] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：由可調(diào)橋臂電阻1^、1?2、1? 3及半 導(dǎo)體熱敏電阻或金屬熱敏電阻Rt分別作為電橋的四個(gè)橋臂，構(gòu)成一個(gè)電橋，由可調(diào)電壓源 給電橋提供電源，電壓源輸出電壓的大小可以通過(guò)旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，并可在電壓源電壓顯示 屏上顯示出來(lái)。半導(dǎo)體熱敏電阻或金屬熱敏電阻放置在一個(gè)一端封閉的玻璃水槽中，玻璃 水槽壁采用雙層結(jié)構(gòu)，中間抽成真空，以起到良好的保溫效果。將傳熱液體注入玻璃水槽 內(nèi)，高度合適，在玻璃水槽內(nèi)傳熱液體中靠上部分設(shè)置一半導(dǎo)體制冷裝置，用來(lái)冷卻傳熱液 體，靠下部分設(shè)置一加熱裝置，用來(lái)加熱傳熱液體，中間部分設(shè)置一溫度傳感器，用來(lái)測(cè)量 傳熱液體的溫度，半導(dǎo)體制冷裝置、加熱裝置及溫度傳感器分別通過(guò)接口與溫度控制器相 連接，通過(guò)溫度控制器上的按鍵可以設(shè)定傳熱液體的溫度。通過(guò)溫度控制器上的按鍵設(shè)定 傳熱液體的溫度，利用溫度傳感器測(cè)量傳熱液體的實(shí)際溫度，溫度控制器內(nèi)部由微處理器 進(jìn)行控制，如果設(shè)定溫度低于實(shí)際溫度，則啟動(dòng)半導(dǎo)體制冷裝置，冷卻傳熱液體，直到溫度 降低到設(shè)定值；如果設(shè)定溫度高于實(shí)際溫度，則啟動(dòng)加熱裝置，加熱傳熱液體，直到溫度增 加到設(shè)定值。電橋的輸出端連接運(yùn)算放大器一，作為一個(gè)反向電壓放大器，電壓放大倍數(shù) 可以通過(guò)改變可調(diào)反饋電阻R f及可調(diào)輸入電阻氏的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，將電橋的輸出電壓放 大，再經(jīng)作為輸出緩沖器的運(yùn)算放大器二輸出，在數(shù)字電壓表的電壓顯示屏上顯示出來(lái)。實(shí) 驗(yàn)操作時(shí)，首先根據(jù)半導(dǎo)體熱敏電阻或金屬熱敏電阻在測(cè)溫范圍內(nèi)的阻值，將可調(diào)橋臂電 阻凡、R 2及R3的大小調(diào)節(jié)合適，然后通過(guò)溫度控制器上的按鍵設(shè)定傳熱液體的溫度t，即半 導(dǎo)體熱敏電阻或金屬熱敏電阻的溫度，將運(yùn)算放大器一的電壓放大倍數(shù)調(diào)節(jié)合適，最后通 過(guò)數(shù)字電壓表的電壓顯示屏讀取電橋的輸出電壓ια)，每隔一定溫度測(cè)量一次，記錄于表 中，并繪制^(t)?t曲線(xiàn)，這樣就可以通過(guò)^(t)測(cè)量溫度t。通過(guò)適當(dāng)選取橋臂電阻、可 調(diào)反饋電阻R f及可調(diào)輸入電阻氏的值，可使數(shù)字電壓表的電壓顯示屏顯示的電壓值正好為 待測(cè)物體的攝氏溫度值。
[0011] 本實(shí)用新型的有益效果是，該實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的電阻溫度計(jì)測(cè)量范圍可以擴(kuò)展至室 溫以下，采用可調(diào)橋臂電阻作為非平衡電橋的橋臂，可與各類(lèi)熱敏電阻相匹配，從而可以提 高設(shè)計(jì)溫度計(jì)的靈敏度，電橋輸出電壓大小調(diào)節(jié)方便，容易使設(shè)計(jì)的溫度計(jì)顯示的數(shù)值正 好為待測(cè)物體的攝氏溫度值。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0013] 附圖是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖中1.可調(diào)橋臂電阻Ri，2.可調(diào)橋臂電阻R2,3.可調(diào)橋臂電阻R3,4.半導(dǎo)體熱敏 電阻或金屬熱敏電阻R t，5.可調(diào)電壓源，6.電壓源電壓顯不屏，7.可調(diào)電壓源輸出端接口， 8.可調(diào)電壓源電源開(kāi)關(guān)，9.可調(diào)電壓源電壓大小調(diào)節(jié)旋鈕，10.加熱裝置，11.溫度傳感器， 12.半導(dǎo)體制冷裝置，13.加熱裝置與溫度控制器之間的接口，14.溫度傳感器與溫度控制 器之間的接口，15.半導(dǎo)體制冷裝置與溫度控制器之間的接口，16.溫度顯示屏，17.溫度控 制器，18.數(shù)字選擇按鍵，19.上調(diào)按鍵，20.下調(diào)按鍵，21.指示燈，22.復(fù)位按鍵，23.溫度 設(shè)定按鍵，24.可調(diào)反饋電阻R f，25.可調(diào)輸入電阻氏，26.運(yùn)算放大器一，27.運(yùn)算放大器 二，28.數(shù)字電壓表輸入端接口，29.數(shù)字電壓表，30.數(shù)字電壓表電壓顯示屏，31.數(shù)字電壓 表電源開(kāi)關(guān)，32.數(shù)字電壓表量程檔位調(diào)節(jié)旋鈕，33、34.公共接地端，35.玻璃水槽。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 附圖中，由可調(diào)橋臂電阻札1、可調(diào)橋臂電阻R22、可調(diào)橋臂電阻R33及半導(dǎo)體熱敏 電阻或金屬熱敏電阻R t4分別作為電橋的四個(gè)橋臂，構(gòu)成一個(gè)電橋，由可調(diào)電壓源5通過(guò)可 調(diào)電壓源輸出端接口 7給電橋提供電源，電壓源輸出電壓的大小可以通過(guò)可調(diào)電壓源電壓 大小調(diào)節(jié)旋鈕9進(jìn)行調(diào)節(jié)，并可在電壓源電壓顯示屏6上顯示出來(lái)。半導(dǎo)體熱敏電阻或金 屬熱敏電阻R t4放置在一個(gè)一端封閉的玻璃水槽35中，玻璃水槽壁米用雙層結(jié)構(gòu)，中間抽 成真空，以起到良好的保溫效果。將傳熱液體注入玻璃水槽35內(nèi)，高度合適，在玻璃水槽35 內(nèi)傳熱液體中靠上部分設(shè)置一半導(dǎo)體制冷裝置12,用來(lái)冷卻傳熱液體，靠下部分設(shè)置一加 熱裝置10,用來(lái)加熱傳熱液體，中間部分設(shè)置一溫度傳感器11，用來(lái)測(cè)量傳熱液體的溫度， 半導(dǎo)體制冷裝置12、加熱裝置10及溫度傳感器11分別通過(guò)半導(dǎo)體制冷裝置與溫度控制器 之間的接口 15、加熱裝置與溫度控制器之間的接口 13及溫度傳感器與溫度控制器之間的 接口 14與溫度控制器17相連接。通過(guò)溫度控制器17上的溫度設(shè)定按鍵23,數(shù)字選擇按 鍵18,上調(diào)按鍵19,下調(diào)按鍵20,可以設(shè)定傳熱液體的溫度，并可在溫度顯示屏16上顯示出 來(lái)。指示燈21用來(lái)指示傳熱液體溫度是否達(dá)到設(shè)定溫度，傳熱液體溫度不等于設(shè)定溫度， 指示燈21顯示為紅燈，傳熱液體溫度達(dá)到設(shè)定溫度，指示燈21顯示為綠燈。電橋的輸出端 連接運(yùn)算放大器一 26,作為一個(gè)反向電壓放大器，電壓放大倍數(shù)可以通過(guò)改變可調(diào)反饋電 阻Rf24及可調(diào)輸入電阻氏25的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，將電橋的輸出電壓放大，再經(jīng)作為輸出緩沖 器的運(yùn)算放大器二27輸出，在數(shù)字電壓表29的數(shù)字電壓表電壓顯示屏30上顯示出來(lái)。數(shù) 字電壓表29的量程可以通過(guò)數(shù)字電壓表量程檔位調(diào)節(jié)旋鈕32進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0016] 具體實(shí)驗(yàn)操作步驟為：
[0017] (1)按照附圖連接線(xiàn)路，根據(jù)半導(dǎo)體熱敏電阻或金屬熱敏電阻Rt4在測(cè)溫范圍內(nèi)的 阻值，將可調(diào)橋臂電阻& 1、可調(diào)橋臂電阻R22及可調(diào)橋臂電阻R33的大小調(diào)節(jié)合適。
[0018] (2)通過(guò)溫度控制器17上的溫度設(shè)定按鍵23,數(shù)字選擇按鍵18,上調(diào)按鍵19,下 調(diào)按鍵20,設(shè)定傳熱液體的溫度t，即半導(dǎo)體熱敏電阻或金屬熱敏電阻R t4的溫度，直到指 示燈21由紅燈變?yōu)榫G燈，即傳熱液體溫度達(dá)到設(shè)定值。
[0019] (3)通過(guò)改變可調(diào)反饋電阻Rf24及可調(diào)輸入電阻氏25的大小將運(yùn)算放大器一 26 的電壓放大倍數(shù)調(diào)節(jié)合適，通過(guò)數(shù)字電壓表量程檔位調(diào)節(jié)旋鈕32將數(shù)字電壓表29的量程 調(diào)節(jié)合適。通過(guò)數(shù)字電壓表電壓顯示屏30讀取電橋的輸出電壓U。(t)，每隔一定溫度測(cè)量 一次，將數(shù)據(jù)記錄于表中。
[0020] (4)繪制隊(duì)⑴?t曲線(xiàn)，這樣就可以通過(guò)U。⑴測(cè)量待測(cè)物體的溫度t。
[0021] (5)通過(guò)適當(dāng)選取可調(diào)橋臂電阻Rd、可調(diào)橋臂電阻R22、可調(diào)橋臂電阻R 33、可調(diào)反 饋電阻Rf24及可調(diào)輸入電阻氏25的值，可使數(shù)字電壓表電壓顯示屏30顯示的電壓值正好 為待測(cè)物體的攝氏溫度值。
[0022] 以上對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了闡述，但是本實(shí)用新型所介紹的實(shí)施例并沒(méi)有限 制的意圖，在不背離本實(shí)用新型主旨的范圍內(nèi)，本實(shí)用新型可有多種變化和修改。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用非平衡電橋設(shè)計(jì)電阻溫度計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，具體是由可調(diào)橋臂電阻Ri、R2、R 3 及半導(dǎo)體熱敏電阻或金屬熱敏電阻Rt分別作為電橋的四個(gè)橋臂，構(gòu)成一個(gè)電橋，由可調(diào)電 壓源給電橋提供電源，電壓源輸出電壓的大小可以通過(guò)旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，并可在電壓源電壓 顯示屏上顯示出來(lái)，半導(dǎo)體熱敏電阻或金屬熱敏電阻放置在一個(gè)一端封閉的玻璃水槽中， 其特征是：玻璃水槽壁采用雙層結(jié)構(gòu)，中間抽成真空，以起到良好的保溫效果，在玻璃水槽 內(nèi)傳熱液體中靠上部分設(shè)置一半導(dǎo)體制冷裝置，用來(lái)冷卻傳熱液體，靠下部分設(shè)置一加熱 裝置，用來(lái)加熱傳熱液體，中間部分設(shè)置一溫度傳感器，用來(lái)測(cè)量傳熱液體的溫度，半導(dǎo)體 制冷裝置、加熱裝置及溫度傳感器分別通過(guò)接口與溫度控制器相連接，通過(guò)溫度控制器上 的按鍵可以設(shè)定傳熱液體的溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用非平衡電橋設(shè)計(jì)電阻溫度計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是：電 橋的輸出端連接運(yùn)算放大器一，作為一個(gè)反向電壓放大器，電壓放大倍數(shù)可以通過(guò)改變可 調(diào)反饋電阻R f及可調(diào)輸入電阻氏的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，將電橋的輸出電壓放大，再經(jīng)作為輸出 緩沖器的運(yùn)算放大器二輸出，在數(shù)字電壓表的電壓顯示屏上顯示出來(lái)，通過(guò)適當(dāng)選取橋臂 電阻、可調(diào)反饋電阻&及可調(diào)輸入電阻氏的值，可使數(shù)字電壓表的電壓顯示屏顯示的電壓 值正好為待測(cè)物體的攝氏溫度值。
【文檔編號(hào)】G09B23/06GK203882485SQ201420309352
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】田凱, 王照平, 王麗霞, 劉申曉, 李小亮 申請(qǐng)人:黃河科技學(xué)院