一種基于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的人體溫度測(cè)量儀的設(shè)計(jì)

鄭宇

摘 ?要 ?在醫(yī)學(xué)上，體溫的測(cè)量對(duì)疾病的判斷相當(dāng)重要，所以溫度傳感器應(yīng)用廣泛。設(shè)計(jì)了基于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的人體溫度測(cè)量儀，通過實(shí)驗(yàn)證明完全能滿足測(cè)量功能。

關(guān)鍵詞 ?全息瞄準(zhǔn)器;半導(dǎo)體激光器LD;波長漂移;相差補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TH811 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0033-01

1 ?負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC 1K）溫度傳感器

熱敏電阻是利用半導(dǎo)體電阻阻值隨溫度變化的特性來測(cè)量溫度的，按電阻阻值隨溫度升高而減小或增大，分為NTC型（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）、PTC型（正溫度系數(shù)熱敏電阻）和CTC（臨界溫度熱敏電阻）。NTC型熱敏電阻阻值與溫度的關(guān)系呈指數(shù)下降關(guān)系，但也可以找出熱敏電阻某一較小的、線性較好范圍加以應(yīng)用（如35-42℃）。如需對(duì)溫度進(jìn)行較準(zhǔn)確的測(cè)量，則需配置線性化電路進(jìn)行校正（本實(shí)驗(yàn)沒進(jìn)行全范圍線性化校正，僅選取35-42℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行相對(duì)線性化處理）。以上三種熱敏電阻特性曲線見圖1。在一定的溫度范圍內(nèi)（小于150℃）NTC熱敏電阻的電阻RT與溫度T之間有如下關(guān)系：

（1）

圖1 ?熱敏電阻特性曲線

2 ?基本電路設(shè)計(jì)

采用恒電流法測(cè)量熱電阻，電路如圖2所示，圖2中，R為已知數(shù)值的固定電阻，RT為熱電阻。Ur為R上的電壓，Urt為RT上的電壓。假設(shè)回路電流為I0，根據(jù)歐姆定律，I0=Ur/R，所以熱電阻RT為：

（2）

圖2

3 ?人體溫度測(cè)量儀的制作和實(shí)驗(yàn)

1）制作溫度測(cè)量儀。在小溫度范圍內(nèi)，比如35-42℃內(nèi)，取樣電阻（1kΩ）上的電壓UR與溫度t基本成線性關(guān)系?？梢詫TC測(cè)試電路的UR隨溫度變化的電壓通過放大處理電路轉(zhuǎn)化為正溫度系數(shù)10mV/℃的電壓輸出，并將輸出電壓與標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行對(duì)比校準(zhǔn)，即可制成溫度測(cè)量儀。將溫控儀溫度設(shè)定在37℃，待溫度穩(wěn)定后（2分鐘內(nèi)溫度變化在±0.1℃以內(nèi)），在加熱井中插入水銀體溫計(jì)，通過溫控儀溫差修正功能，對(duì)其PT100測(cè)溫進(jìn)行校準(zhǔn)，使溫控儀顯示溫度值與水銀體溫計(jì)測(cè)試值一致;然后取出體溫計(jì)，調(diào)整放大器的校正與調(diào)零電位器，使在35.0℃-42.0℃溫度范圍內(nèi)，NTC傳感器校正后輸出電壓與溫度變化同步（即溫度每改變1℃，輸出電壓對(duì)應(yīng)變化10mV）。校正完畢后，利用設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量儀測(cè)溫，在35.0℃-42.0℃溫度范圍內(nèi)，每隔0.5℃或1℃測(cè)量一次并與實(shí)際溫度進(jìn)行對(duì)比。

2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。進(jìn)行人體各部位（腋下、眉心、手掌內(nèi)）的溫度測(cè)量（除口腔外）并與水銀體溫計(jì)測(cè)量口腔的溫度進(jìn)行比較，了解人體各部位溫差的原因。

圖3 ?lnRT -（1/T）圖

圖3為熱敏電阻的特性曲線，作直線擬合，得到直線斜率K=0.00101V，截距b=0.39271V，直線線性相關(guān)系數(shù)R2=0.99717，說明在35-42℃范圍內(nèi)UR-t基本成線性關(guān)系，可以通過外部放大器處理電路使其輸出與溫度對(duì)應(yīng)10mV/℃，從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。

4 ?結(jié)束語

通過與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的比較，說明所設(shè)計(jì)的人體溫度測(cè)量儀能夠測(cè)量精度高，測(cè)量方便迅速，完全能夠用于實(shí)驗(yàn)測(cè)量。

參考文獻(xiàn)

[1]彭程琳.生物醫(yī)學(xué)傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2000

[2]何希才.傳感器及其應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]黃賢武，鄭筱霞.傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì)[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，1997.endprint

摘 ?要 ?在醫(yī)學(xué)上，體溫的測(cè)量對(duì)疾病的判斷相當(dāng)重要，所以溫度傳感器應(yīng)用廣泛。設(shè)計(jì)了基于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的人體溫度測(cè)量儀，通過實(shí)驗(yàn)證明完全能滿足測(cè)量功能。

關(guān)鍵詞 ?全息瞄準(zhǔn)器;半導(dǎo)體激光器LD;波長漂移;相差補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TH811 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0033-01

1 ?負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC 1K）溫度傳感器

熱敏電阻是利用半導(dǎo)體電阻阻值隨溫度變化的特性來測(cè)量溫度的，按電阻阻值隨溫度升高而減小或增大，分為NTC型（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）、PTC型（正溫度系數(shù)熱敏電阻）和CTC（臨界溫度熱敏電阻）。NTC型熱敏電阻阻值與溫度的關(guān)系呈指數(shù)下降關(guān)系，但也可以找出熱敏電阻某一較小的、線性較好范圍加以應(yīng)用（如35-42℃）。如需對(duì)溫度進(jìn)行較準(zhǔn)確的測(cè)量，則需配置線性化電路進(jìn)行校正（本實(shí)驗(yàn)沒進(jìn)行全范圍線性化校正，僅選取35-42℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行相對(duì)線性化處理）。以上三種熱敏電阻特性曲線見圖1。在一定的溫度范圍內(nèi)（小于150℃）NTC熱敏電阻的電阻RT與溫度T之間有如下關(guān)系：

（1）

圖1 ?熱敏電阻特性曲線

2 ?基本電路設(shè)計(jì)

采用恒電流法測(cè)量熱電阻，電路如圖2所示，圖2中，R為已知數(shù)值的固定電阻，RT為熱電阻。Ur為R上的電壓，Urt為RT上的電壓。假設(shè)回路電流為I0，根據(jù)歐姆定律，I0=Ur/R，所以熱電阻RT為：

（2）

圖2

3 ?人體溫度測(cè)量儀的制作和實(shí)驗(yàn)

1）制作溫度測(cè)量儀。在小溫度范圍內(nèi)，比如35-42℃內(nèi)，取樣電阻（1kΩ）上的電壓UR與溫度t基本成線性關(guān)系?？梢詫TC測(cè)試電路的UR隨溫度變化的電壓通過放大處理電路轉(zhuǎn)化為正溫度系數(shù)10mV/℃的電壓輸出，并將輸出電壓與標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行對(duì)比校準(zhǔn)，即可制成溫度測(cè)量儀。將溫控儀溫度設(shè)定在37℃，待溫度穩(wěn)定后（2分鐘內(nèi)溫度變化在±0.1℃以內(nèi)），在加熱井中插入水銀體溫計(jì)，通過溫控儀溫差修正功能，對(duì)其PT100測(cè)溫進(jìn)行校準(zhǔn)，使溫控儀顯示溫度值與水銀體溫計(jì)測(cè)試值一致;然后取出體溫計(jì)，調(diào)整放大器的校正與調(diào)零電位器，使在35.0℃-42.0℃溫度范圍內(nèi)，NTC傳感器校正后輸出電壓與溫度變化同步（即溫度每改變1℃，輸出電壓對(duì)應(yīng)變化10mV）。校正完畢后，利用設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量儀測(cè)溫，在35.0℃-42.0℃溫度范圍內(nèi)，每隔0.5℃或1℃測(cè)量一次并與實(shí)際溫度進(jìn)行對(duì)比。

2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。進(jìn)行人體各部位（腋下、眉心、手掌內(nèi)）的溫度測(cè)量（除口腔外）并與水銀體溫計(jì)測(cè)量口腔的溫度進(jìn)行比較，了解人體各部位溫差的原因。

圖3 ?lnRT -（1/T）圖

圖3為熱敏電阻的特性曲線，作直線擬合，得到直線斜率K=0.00101V，截距b=0.39271V，直線線性相關(guān)系數(shù)R2=0.99717，說明在35-42℃范圍內(nèi)UR-t基本成線性關(guān)系，可以通過外部放大器處理電路使其輸出與溫度對(duì)應(yīng)10mV/℃，從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。

4 ?結(jié)束語

通過與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的比較，說明所設(shè)計(jì)的人體溫度測(cè)量儀能夠測(cè)量精度高，測(cè)量方便迅速，完全能夠用于實(shí)驗(yàn)測(cè)量。

參考文獻(xiàn)

[1]彭程琳.生物醫(yī)學(xué)傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2000

[2]何希才.傳感器及其應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]黃賢武，鄭筱霞.傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì)[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，1997.endprint

摘 ?要 ?在醫(yī)學(xué)上，體溫的測(cè)量對(duì)疾病的判斷相當(dāng)重要，所以溫度傳感器應(yīng)用廣泛。設(shè)計(jì)了基于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的人體溫度測(cè)量儀，通過實(shí)驗(yàn)證明完全能滿足測(cè)量功能。

關(guān)鍵詞 ?全息瞄準(zhǔn)器;半導(dǎo)體激光器LD;波長漂移;相差補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TH811 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0033-01

1 ?負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC 1K）溫度傳感器

熱敏電阻是利用半導(dǎo)體電阻阻值隨溫度變化的特性來測(cè)量溫度的，按電阻阻值隨溫度升高而減小或增大，分為NTC型（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）、PTC型（正溫度系數(shù)熱敏電阻）和CTC（臨界溫度熱敏電阻）。NTC型熱敏電阻阻值與溫度的關(guān)系呈指數(shù)下降關(guān)系，但也可以找出熱敏電阻某一較小的、線性較好范圍加以應(yīng)用（如35-42℃）。如需對(duì)溫度進(jìn)行較準(zhǔn)確的測(cè)量，則需配置線性化電路進(jìn)行校正（本實(shí)驗(yàn)沒進(jìn)行全范圍線性化校正，僅選取35-42℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行相對(duì)線性化處理）。以上三種熱敏電阻特性曲線見圖1。在一定的溫度范圍內(nèi)（小于150℃）NTC熱敏電阻的電阻RT與溫度T之間有如下關(guān)系：

（1）

圖1 ?熱敏電阻特性曲線

2 ?基本電路設(shè)計(jì)

采用恒電流法測(cè)量熱電阻，電路如圖2所示，圖2中，R為已知數(shù)值的固定電阻，RT為熱電阻。Ur為R上的電壓，Urt為RT上的電壓。假設(shè)回路電流為I0，根據(jù)歐姆定律，I0=Ur/R，所以熱電阻RT為：

（2）

圖2

3 ?人體溫度測(cè)量儀的制作和實(shí)驗(yàn)

1）制作溫度測(cè)量儀。在小溫度范圍內(nèi)，比如35-42℃內(nèi)，取樣電阻（1kΩ）上的電壓UR與溫度t基本成線性關(guān)系?？梢詫TC測(cè)試電路的UR隨溫度變化的電壓通過放大處理電路轉(zhuǎn)化為正溫度系數(shù)10mV/℃的電壓輸出，并將輸出電壓與標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行對(duì)比校準(zhǔn)，即可制成溫度測(cè)量儀。將溫控儀溫度設(shè)定在37℃，待溫度穩(wěn)定后（2分鐘內(nèi)溫度變化在±0.1℃以內(nèi)），在加熱井中插入水銀體溫計(jì)，通過溫控儀溫差修正功能，對(duì)其PT100測(cè)溫進(jìn)行校準(zhǔn)，使溫控儀顯示溫度值與水銀體溫計(jì)測(cè)試值一致;然后取出體溫計(jì)，調(diào)整放大器的校正與調(diào)零電位器，使在35.0℃-42.0℃溫度范圍內(nèi)，NTC傳感器校正后輸出電壓與溫度變化同步（即溫度每改變1℃，輸出電壓對(duì)應(yīng)變化10mV）。校正完畢后，利用設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量儀測(cè)溫，在35.0℃-42.0℃溫度范圍內(nèi)，每隔0.5℃或1℃測(cè)量一次并與實(shí)際溫度進(jìn)行對(duì)比。

2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。進(jìn)行人體各部位（腋下、眉心、手掌內(nèi)）的溫度測(cè)量（除口腔外）并與水銀體溫計(jì)測(cè)量口腔的溫度進(jìn)行比較，了解人體各部位溫差的原因。

圖3 ?lnRT -（1/T）圖

圖3為熱敏電阻的特性曲線，作直線擬合，得到直線斜率K=0.00101V，截距b=0.39271V，直線線性相關(guān)系數(shù)R2=0.99717，說明在35-42℃范圍內(nèi)UR-t基本成線性關(guān)系，可以通過外部放大器處理電路使其輸出與溫度對(duì)應(yīng)10mV/℃，從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。

4 ?結(jié)束語

通過與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的比較，說明所設(shè)計(jì)的人體溫度測(cè)量儀能夠測(cè)量精度高，測(cè)量方便迅速，完全能夠用于實(shí)驗(yàn)測(cè)量。

參考文獻(xiàn)

[1]彭程琳.生物醫(yī)學(xué)傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2000

[2]何希才.傳感器及其應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]黃賢武，鄭筱霞.傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì)[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，1997.endprint