非接触式温度计.docx

1、非接触式温度计附件 北京交通大学第五届大学生物理实验竞赛项目说明参赛题目 研究温度传感的物理特性，并据此制作非接触式体温计_参赛学院 _电信学院_组队负责人 _ _北 京 交 通 大 学 教 务 处 制2012年5月研究温度传感的物理特性，并据此制作一非接触式体温计题目序号二排序姓名学号学院专业手机1（负责人）电信通信2 电信自动化3 电信 电子 设计原理与方法：1、 传感器工作原理TS1183无接触测量的原理是:所有的物体都会向外发射红外线,而发射功率正比于物体的表面温度。那么精确测量物体的红外线发射功率就能确定物体的表面温度。TS118-3应用微结构薄膜技术在硅底板上集成了许多个基于热电效

2、应的热电偶。热电偶的热端和冷端之间用隔热的SiNx隔膜隔开,热端的吸收区把引入的红外线转换成热量,而热电偶把热量成比例地转换成电压输出。TS11821采用TO18封装,在距离人体5cm范围内红外线吸收效率接近100% ,也就是说有效测量距离为5cm。在TS118-3内还集成了一个热敏电阻,用于测量环境温度。2、电路图 3、系统工作流程图测量内容：1、热源距传感器的距离与传感器输出电压关系实验仪器：纸杯、温度计、温度传感器，直尺，5位半台式万用表实验原理：实验步骤：（1） 在纸杯中注入适宜温度的热水，记录室温和水温，用台式万用表测量传感器电压（2） 传感器距纸杯2.5mm待示数稳定，记录万用表的

3、示数（3） 以2.5mm为间隔重复步骤（2）实验数据：d/mm2.557.51012.51517.520u/mv0.530.430.350.320.30.280.250.2422.52527.53032.53537.54042.50.220.220.20.180.180.170.150.140.12结论：在室温，热源温度一定的条件下，传感器的输出电压随热源距传感器的距离的增加而减小。2、 热源温度与传感器输出电压关系实验仪器：纸杯、温度计、温度传感器，直尺，5位半台式万用表实验原理：实验步骤：（1） 在纸杯中注入适宜温度的热水，记录室温和水温，用台式万用表测量传感器电压（2） 保持传感器距纸杯

4、的距离不变，没当水温下降一定的温度，记录此时的水温和台式万用表的示数实验数据：t/403937.837.23635.835.535.134.8u/mv0.20.180.170.150.140.10.080.070.053、 热源与传感器夹角与传感器输出电压关系实验仪器：纸杯、温度计、温度传感器，直尺，5位半台式万用表实验步骤：（1） 在纸杯中注入适宜温度的热水，记录室温和水温，用台式万用表测量传感器电压（2） 保持热源距传感器的距离不变，以传感器为中心的半圆移动，每隔15度记录台式万用表的示数实验数据：目标位纸杯a/90105120135150165180u/mv0.230.220.180.1

5、10.05-0.02-0.04目标为手指a/90105120135150165180u/mv0.10.070.050.030.02-0.02-0.034、 传感器集成热敏电阻与环境温度关系实验仪器实验原理：采用加热片、半导体制冷片、铁箱子，制作一个简单的温度控制器，产生一个恒定的温度，变化的模拟环境温度。恒温箱每改变5，测量一组两个不同的目标温度，记录输出电压和电阻值得大小，环境温度测量范围-550。实验步骤：（1）由于恒温箱的温度控制范围为1550，先从15开始测量，当温度上升到15时开始注意，电压表的数值变化，当温度从最大值开始有下降趋势时记录数据，先记电阻值，再记录23和35.8下输出的

6、电压值。（2）温度每升高5，重复（1）过程测量一组数据，直到升高到50。（3）打开恒温箱，将温度传感器紧贴与制冷片上，每下降5测量一组数据（包括两组电压值，一组电阻值）。（4）温度下降到0时，要在制冷片上滴上数滴水，提高降温能力。此后下降到-5摄氏度测量最后一组数据。实验数据：目标为空气温度-505101520电阻103910571078109711141134电压uV75063058045031090253035404550115211731186120412221251-60-190-350-480-590-7105、传感器输出电压与环境温度关系目标为人体手心温度-505101520电阻1

7、03910571078109711141134电压uV12801140990820660500253035404550115211731186120412221251-60-190-350-480-590-7105、 补偿 经过以上的测量可以得出结论，在进行测量时体温的输出电压与热源目标的距离，和环境温度有关，因此需要进行环境温度、距离补偿。（一）补偿基本步骤： （1）距离一定时测量一恒温物体，采用恒温箱改变传感器所处的环境温度，得出红外传感器输出电压AD值与环境温度之间的关系； （2）测量一恒温物体，改变测量距离，得出红外传感器输出电压AD值与目标距离AD之间的关系；(3) 距离一定时测量一

8、变温物体的实际温度与红外传感器输出电压AD值的关系； （4）由以上可以得到三个关系式，找到三个函数之间的偏差关系，采用偏差补偿法找出关系三输入一输出的函数关系。（二）距离补偿校准原理图(三、)环境温度补偿测量数据环境温度8.819.6210.1811.2511.6812.0613.06目标温度（AD值）1375137813731352134913501333室温（22.28）时的AD差值269272267246243244227环境温度13.5614.3114.8115.4316.0617.1818.37目标温度（AD值）1323130112901283126612491223室温（22.28

9、）时的AD差值217195184177160143117环境温度18.8120.5621.1821.5622.1823.0624.37目标温度（AD值）1209116711541144113411061072室温（22.28）时的AD差值103614838280-34环境温度25.1825.5625.9326.8128.1828.528.87目标温度（AD值）1055104310361013975967951室温（22.28）时的AD差值-51-63-70-93-131-139-155环境温度29.8130.1230.530.8131.5632.4333目标温度（AD值）92391991189

10、4876851832室温（22.28）时的AD差值-183-187-195-212-230-255-274环境温度33.4333.7534.063535.6836.1236.43目标温度（AD值）814809801771745726717室温（22.28）时的AD差值-292-297-305-335-361-380-389环境温度36.8737.1837.4337.6837.8738.43目标温度（AD值）702699687679674658室温（22.28）时的AD差值-404-407-419-427-432-448（四）环境温度补偿原理图及计算公式（五）距离补偿测量数据与热源距离一定（8c

11、m）、热源温度变化温度43424140393837目标温度（AD值）108810631033.310281005.3951.7956.6距离AD值199719951973.219812018.419961996温度36353433323130目标温度（AD值）913906.7896.92892.8888.83877878.8距离AD值1973.519731973.519741970.419521973热源温度（34）固定、与热源距离变化热源AD值828834831840842841854距离AD值1296134314121505160416741812热源AD值8558628718758838

12、89899距离AD值1904204322452520292232903621热源温度一定，改变距离时温度测量AD与距离AD之间关系图改变目标温度（）41.340.13938.236.435.8输出温度AD与标准温度AD差值1601.51553121811931082.5944.8温度平均AD值3337.932892954.429292818.92681改变目标温度（）35343332.131.230输出温度AD与标准温度AD差值848.143811.9781.24703.9502.74224.6温度平均AD值2584.525482517.624402239.11961（六）距离补偿校准图（七）

13、MATLAB 仿真测试函数：x1 =温度传感器与热源目标距离;ad =被测温度;x3=环境温度;enver_temp = 351.877106 - 2.624275684959397*x3 - 0.6352422526164174*x32 + 0.004175315994908031*x33;ad=ad - enver_temp;y1 =715.2632247379161 + 0.12158533307693363 * x1 - 0.00003104675825734162 * x12 + 3.1426137565063774*10-9 * x13; x2 =ad-y1;y2=342.3379638316876-0.5678936197529411*x2+0.007123107754962666*x22-0.000015222628829700973*x23;T = y2/10;（八）输出距离、热源、体温三者关系结论：由立体图形可以看出备注：我们经过查阅资料得到水的发射系数为0.90.95，而人体皮肤的发射系数为0.98，因此我们采用水做恒温源，最后用人体做细微补偿。项目说明电子版于9月10日前在竞赛网站上传确认参赛。完善后的正式项目说明电子版于9月19日前在竞赛网站提交。