非平衡电桥和铂电阻温度传感器
平衡电桥和铂电阻温度传感器
摘要： 利用非平衡电桥和铂电阻温度传感器组成测温电路，测定铂电阻的温度系数。 关键词：铂电阻 非平衡电桥 温度 一、引言
主要说明本设计性实验的背景、做此设计性实验的主要用途等 二、 实验任务
1．利用实验室提供的仪器和用具，测量铂电阻温度特性；
2．在实验室提供的仪器中选择合适的仪器，设计一个由铂电阻作为传感器的电子温
度计，其测温范围为20-70℃，要求非平衡电桥桥端电压为毫伏级，电流为微安级。 3．对温度计进行标定。
4．用标定后的温度计测量室温，人体掌心的温度，并于标准温度计所测结果进行比
较。 三、 实验仪器
1. 直流稳压电源一个 2.铂电阻传感器一个 3. 直流电桥一个 4．数字万用表一个 5．微安表一个 6．毫安表一个 7．伏特表一个 8．检流计一个 9．数字温度计一个 10．水银温度计一个 11．标准电阻箱两个 12．电热杯一个 13．保温杯一个 14．导线若干 15．开关一个
四、实验原理
1. 用非平衡电桥测量铂电阻的温度系数
平衡电桥可以准确测量电阻。如果将平衡电桥电路中的待测电阻换成一个电阻型传感器。先调节电桥平衡，当外界条件改变时，传感器阻值会发生相应变化，使电桥失去平衡，桥路两端的电压随之而变。由于桥路的非平衡电压能反映出桥臂电阻的微小变化，因此可以通过测量非平衡电压检测外界物理量的变化。
使用非平衡电桥测量铂电阻温度系数的电路如图1所示。R 1、R 2为固定电阻，组成比例电阻；R P 为可调电阻，用作平衡电阻；R T 为铂电阻；U out 为非平衡电桥的输出电压。
当电源的输出电压E 一定时，非平衡电桥桥路的输出电压
U out U out =(
R T R 1+R T
-
R P R 2+R P
) E （2）
令 I 1=
E R 1+R T
E R 2+R P
（3）
I 2=
（4）
则有U out =I 1R T -I 2R P （5）
如果取R 1=R 2，且R 1 R T ，R 2 R P ，则有I 1≈I 2 （6）
U out =I 1(R T -R P ) （7）
另R P 取铂电阻在0℃时的阻值R 0，并将（1）式代入上式，则有
U out =I 1 R 0 A ∆T （8）
可知，如果检测U out 的电压表内阻足够大，非平衡电桥输出电压U out 和温度的改变量
∆T 近似成线性关系。
五、实验内容（或步骤）
（一）根据实验任务，查阅有关资料，设计实验方案。
1. 按图1连接电路，取R1=R2=9000V，R0=99欧，电源电压U=2.7V。
2. 标定测温范围下限。将数字温度计和铂电阻传感器放入冰水混合物中，在T=0℃时，调
节电桥平衡，记录T ，U out 和R P 数值，由此确定铂电阻的R 0数值。
3．改变温度（不断加温），记录数字温度计的读书T ，用数字式万用电表测量U out ，直至接近水沸腾（T =100℃），共测量15个点，温度分布尽量均匀。
六、数据处理和分析
表 1 不同温度T 与Uout 值
七、实验误差分析（注意分类） 1、 系统误差
保温杯保温效果不好。 2、偶然误差
由于温度变化慢而使得在记录温度相对应的Uout 相对应的温度与实际温度有差别。
八、结束语
该实验误差是由保温杯以及人为不能准确控制温度确实变化的时间引起的，故我们如果可以耐心等待，知道温度不再变化，这样实验误差可能就会小一点。
九、参考文献 [1] 期刊：郭雷．仿真物理实验教学系统的设计与实现[J]．中国科学技术大学学报，2002, 32(3)：373-380．
[2] 书籍：赵丽华等．新编大学物理实验[M] ．浙江大学出版社．2007.3 [3] 网页：网址。