接觸式電子體溫計論文.doc

摘 要隨著社會的進步，科學技術的發(fā)展，特別是近20年來，電子技術日新月異，各種電器設備充滿了人們生產和生活的各個領域，相當大一部分的電器設備都應用到了傳感器件，傳感器技術是現代信息技術中主要技術之一，電子體溫計主要是利用熱敏電阻傳感器感知溫度不同時內部的電流不同,將電流轉換為數字形式，這樣快速又簡捷的完成體溫測量和讀數 。關鍵詞：熱敏電阻 放大電路 電子體溫計 ABSTRACTWith the social progress, scientific and technological development, especially in the past 20 years, electronic technology with each passing day, full of all kinds of electrical equipment production and the lives of people in various fields, a large portion of the electrical equipment are applied to the sensors, sensor technology is of modern information technology in one of the main technical, electronic thermometers have been the mainstay of the temperature sensing thermistor sensor within the current time is different from the current is converted to digital form, so that the completion of quick and simple temperature measurements and readings. Key words：Thermistor amplifying circuit Electronic thermometer 目錄引言.11. 接觸式電子體溫計的產生及發(fā)展過程.11.1接觸式電子體溫計產業(yè)關聯(lián)產業(yè)的發(fā)展.11.2接觸式電子體溫計產業(yè)子行業(yè)發(fā)展現狀.22. 接觸式電子體溫計的主要結構特點.33接觸式電子體溫計在溫度測量領域的應用狀況44接觸式電子體溫計功能的實現.55接觸式電子體溫計的電路圖.65.1電路圖說明.65.2 制作體溫計并進行測量調試，記錄調試結果.6結論.8致謝辭8參考文獻.9引 言現在，人們對自己的身體健康狀況十分關注。都希望自己有一個好的身體。體溫是人體的重要生理參數之一，對它的監(jiān)測十分重要。傳統(tǒng)的測量方式采用水銀溫度計，易破碎，存在水銀污染的可能；而且測量時間比較長，對急重病患者、老人、嬰幼兒等使用不方便，讀數比較費事。鑒于傳統(tǒng)的水銀體溫計汞的污染及其攜帶不方便易破碎,尤其是測量時間過長等缺點，本課題就此問題設計出一種接觸式電子體溫計。它在穩(wěn)定性及響應時間上比傳統(tǒng)的水銀體溫計有著顯著的優(yōu)勢，直接顯示數字讀數，簡單易讀，攜帶方便，不易損壞，比普通水銀體溫計更易保管，精度要求也能和傳統(tǒng)的水銀體溫計相媲美。1、接觸式電子體溫計的產生及發(fā)展過程 上世紀初，開始用水銀來制作體溫計，至今在臨床上還被廣泛的應用。但玻璃體溫計的缺陷很明顯，易破碎，存在水銀污染的可能；測量時間比較長，對急重病患者、老人、嬰幼兒等使用都不方便，讀數較費事等。 所以隨著科學技術的發(fā)展，目前已經出現很多類型的新式體溫計。電子式體溫計利用某些物質的物理參數（如電阻、電壓、電流等）與環(huán)境溫度之間存在的確定關系，將體溫以數字的形式顯示出來，讀數清晰，攜帶方便，已有許多醫(yī)院采用了電子體溫計，用其它電子儀器測量體溫也日益普及。1.1接觸式電子體溫計產業(yè)關聯(lián)產業(yè)的發(fā)展現代科技的發(fā)展，傳感器技術的應用越來越廣泛。其中，在傳感器家族中占有重要地位的成員溫度傳感器的應用也深入了各個領域。- 9 -溫度傳感器是最早開發(fā)，應用最廣的一類傳感器。根據美國儀器學會的調查，1990年，溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。把溫度變成電信號的傳感器是1821年由德國物理學家賽貝發(fā)明的，這就是后來的熱電偶傳感器。五十年以后，另一位德國人西門子發(fā)明了鉑電阻溫度計。在半導體技術的支持下，本世紀相繼開發(fā)了半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和集成溫度傳感器。2001年10月15日，“2001年中國新興傳感器應用主題研討會”上，美國國家半導體公司(NS)數據轉換系統(tǒng)部經理陳永信先生介紹，移動電話，特別是CDMA手機很需要半導體溫度傳感器，以便對頻率漂移、功率放大、電池保持以及彩色屏幕等方面提供保護與修正。這些應用在以往的GSM手機中是沒有的。NS公司的溫度傳感器芯片的發(fā)展有4大方向：模擬，數字，遠程二極管及系統(tǒng)監(jiān)視器。中國作為世界上最大的家電生產國，冰箱、空調、電飯鍋、微波爐全離不開溫度傳感器。為提升產品檔次，加強技術含量，更離不開溫度傳感器。溫度傳感器的發(fā)展大致經歷了以下3個階段：（1）傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件），主要是能夠進行非電量和電量之間轉換。傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器熱電偶傳感器。熱電偶傳感器是工業(yè)測量中應用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響，具有較高的精度。 （2）模擬集成溫度傳感器/控制器。模擬集成溫度傳感器是采用硅半導體集成工藝制成的，因此又稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出等功能。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。（3）智能溫度傳感器。智能溫度傳感器(亦稱數字溫度傳感器）是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術的結晶。智能溫度傳感器能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器，并且可通過軟件來實現測試功能，其智能化取決于軟件的開發(fā)水平。近幾年，相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，測試功能也在不斷增強。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實時日歷時鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲功能，利用芯片內部256字節(jié)的E2PROM存儲器，可存儲用戶的短信息。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。1.2接觸式電子體溫計產業(yè)子行業(yè)發(fā)展現狀熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器件，所以在應用方面，它不僅可以作為測量元件（如測量溫度、流量、液位等），還可以作為控制元件（如熱敏開關、限流器）和電路補償元件，熱敏電阻廣泛用于家用電器、電力工業(yè)、通訊、軍事科學、宇航等各個領域，發(fā)展前景極其廣闊。熱敏電阻在一些設備的功率管理中起著非常關鍵的作用，如無線話機、筆記本電腦、個人數字助理（PDA）等。在電池電路中使用熱敏電阻，就可以檢測過量的電流或電流的過熱，從而調整充電的速率。在醫(yī)院的環(huán)境中新生兒經常用取暖器，甚至嬰兒箱來保持溫度。溫度調節(jié)可用一個安放在嬰兒腹部的熱敏電阻探針來實現。嬰兒箱通常是密封的，除了要監(jiān)控嬰兒的溫度外，還要控制嬰兒箱內的空氣。在做心臟手術時，經常要降低心臟的溫度以保護心臟的安全。但這時心臟溫度的控制必須十分精確。為此，可以將一個熱敏電阻封裝在探針（長0.51.0英寸）內，探針則插入到心臟肌肉中。探針連接到一個監(jiān)控器，以便隨時為專家提供精確的溫度信息。長期以來，熱敏電阻廣泛地用來測量水的溫度，現在，則有了更多新的應用。從而對熱敏電阻工業(yè)提出了更高的要求：更小的尺寸、更高的穩(wěn)定性、更好的高溫測試性能，等等，在所有這些方面現在都取得了進展。包括更精確的患者溫度的監(jiān)控、微小溫差傳感器、用來改進燃料效率的汽車中的高溫傳感器，等等。回顧熱敏電阻應用200年來的進展，可以相信，現在熱敏電阻工業(yè)和研究的進展一定可以滿足電子工業(yè)現在和將來對于熱敏傳感所提出的各種需求。2、 接觸式電子體溫計的主要結構特點。電子體溫計主要是一種單片低電壓COMS模擬集成電路，配合503ET型高精度熱敏電阻構成體溫計。它的外圍電路非常簡單，僅需只電阻、只電容、 位單色液晶顯示器即可。電源電壓允許范圍是1.31.65，工作電流為60，備用狀態(tài)下的電源電流可降至1.0以下，因而可采用1.5鈕扣電池供電。503ET溫度傳感器為日本產NTC型溫度電阻，主要用于人體體溫計，R25=50K3，B：4055K1，測溫范圍：-40100。NTC是負溫度系數熱敏電阻簡稱（是Negative Temperature Coefficient 的縮寫），它的阻值是隨著溫度的升高而下降的。NTC熱敏電阻器溫度系數-2%-6.5%，可廣泛應用于溫度測量、溫度補償、抑制浪涌電流等場合。熱敏電阻的穩(wěn)定性、電阻特性、電阻溫度特性都可以通過改變電阻材料的化學成分和改變處理過程中的參數來進行控制。這樣，就有各種不同特性的熱敏電阻可供選擇。再經過適當的后處理，如適當的封裝技術，還可以進一步改善穩(wěn)定性和電氣特性?，F在，負溫度系數熱敏電阻隨著溫度的升高阻值可以有較大的減少：當溫度從25上升到100時，典型的電阻變化量可以減少16%。 熱敏電阻的溫度電阻特性是非線性的。熱敏控制和溫度補償等應用都是依賴于這種溫度電阻特性。 熱敏電阻在低電流時的功耗是很小的。在溫度不變時，熱敏電阻和一般固定電阻的特性相同：它的電壓和電流有線性關系。當電流增加時，熱敏電阻不能消耗掉所產生的功率，結果是電阻上的電壓不隨電流線性增加，而是相對較小。這種現象也稱為“自熱”。當熱敏電阻的功率作跳躍式變化時，在達到穩(wěn)定的電流前總有一個時間的延遲。在這個時間延遲期間，熱敏電阻的電流將逐漸上升，經過一定的時間T后達到穩(wěn)定。這種特性的最典型應用是限制電流的突然增長。 熱敏電阻器溫度計的精度可以達到0.1，感溫時間可少至10s以下它不僅適用于糧倉測溫儀，同時也可應用于食品儲存、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學種田、海洋、深井、高空、冰川等方面的溫度測量 COMS模擬集成電路主要是針對模擬信號處理的模塊。如；話筒里的聲音信號，電視信號和VCD輸出的圖象信號、溫度采集的模擬信號和其它模擬量的信號處理的集成模塊。模擬集成電路工作在晶體管的三角放大區(qū)。（1）電路處理的是連續(xù)變化的模擬量電信號（即其幅值可以是任何值）。 （2）信號的頻范圍往往從直流一直可以延伸到高頻段。 （3）模擬集成電路中的無器件種類多，除了數字集成電路中大量采用的NPN管及電阻外，還采用了PNP管，場效應晶體管，高精度電阻等。COMS電路線路結構和電氣參數都具有對稱性，在溫度環(huán)境發(fā)生變化時，某些參數能起到自動補償作用，因而CMOS集成電路的溫度特性非常好。單色液晶顯示器由兩塊玻璃板構成，厚約1mm，其間由包含有液晶(LC)材料的5m均勻間隔隔開。因為液晶材料本身并不發(fā)光，所以在顯示屏兩邊都設有作為光源的燈管，而在液晶顯示屏背面有一塊背光板（或稱勻光板）和反光膜，背光板是由熒光物質組成的可以發(fā)射光線，其作用主要是提供均勻的背景光源。背光板發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進入包含成千上萬水晶液滴的液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細小的單元格結構中，一個或多個單元格構成屏幕上的一個像素。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電極分為行和列，在行與列的交叉點上，通過改變電壓而改變液晶的旋光狀態(tài)，液晶材料的作用類似于一個個小的光閥。在液晶材料周邊是控制電路部分和驅動電路部分。當LCD中的電極產生電場時，液晶分子就會產生扭曲，從而將穿越其中的光線進行有規(guī)則的折射，然后經過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。既省電，又不產生高溫：它屬于低耗電產品，無輻射，益健康。 畫面柔和不傷眼，液晶顯示器畫面不會閃爍，可以減少顯示器對眼睛的傷害，眼睛不容易疲勞。3接觸式電子體溫計在溫度測量領域的應用狀況。 水銀體溫計目前仍在醫(yī)療領域和普通家庭被廣泛使用。如果體溫計折斷，水銀流到口腔內乃至被吞下會引起汞中毒，傷害肝腎功能；如果皮膚被斷裂的水銀溫度計劃破，可能引起皮膚感染發(fā)炎，如果水銀進入人體的血液，將危及生命。據媒體報道，每年都有兒童誤吞水銀的事件發(fā)生。另外，體溫計廢棄和破裂后，內含的汞劇毒會對周圍環(huán)境造成污染。據悉，目前歐美國家已禁止銷售玻璃水銀體溫計。2008年12月6日，阿根廷衛(wèi)生部官員也稱，為減少汞對環(huán)境的污染以及對患者的危害，將禁止生產和進口水銀體溫計。 不久前，計量科學研究院負責起草的醫(yī)用電子體溫計國家計量校準規(guī)范審定獲通過，正大舉挺進醫(yī)療和家用領域的電子體溫計性能評定方法將得到統(tǒng)一。由于消費者人體安全和環(huán)境保護意識越來越強，電子體溫計取代水銀體溫計將是大趨勢。業(yè)內人士預測，我國也將禁止銷售和使用玻璃水銀體溫計，取而代之的將是電子體溫計。 新標準帶來商機多多 在小商品分類中，電子體溫計被歸納在電子類產品。相比水銀溫度計，電子溫度計在安全、性能、精度、測量時間等方面都有優(yōu)勢。由于使用塑料、橡膠等產品做外殼，電子體溫計可根據用途靈活設計，在市面上有銷售專為嬰幼兒設計的奶嘴型體溫計；電子體溫計最小刻度可達0.01，普通的也達到0.10（水銀體溫計為0.20）；在測量時間上，電子體溫計最快10秒種即可顯示所測人體體溫；最重要的是電子體溫計不易損壞，破裂后不會產生汞劇毒。據了解，醫(yī)用電子體溫計計量校準規(guī)范適用于電池供電，能間歇測量人體或動物腋下、口腔、直腸等不同部位體溫，以數字形式顯示所測溫度值并具有最高溫度保持功能的接觸式電子體溫計。專家稱，該規(guī)范的實施將統(tǒng)一國內電子體溫計性能評定的方法，促進電子體溫計的規(guī)范生產、推廣使用，對正確使用電子體溫計、獲得準確可靠的體溫測量數據具有重要的意義。因此，有部分商家認為，新規(guī)范實施后，電子體溫計的行業(yè)競爭力將增加。產品整體質量提高后，可增強消費者的購買信心。4接觸式電子體溫計功能的實現。電子體溫計是利用感溫元體（通常是用熱敏電阻）的電阻值大小隨環(huán)境溫度的變化而變化的原理制成的。體溫計內部含有熱敏電阻,當感知溫度不同時內部的電流不同,繼而轉換為數字形式。溫度不同是讀出數值不同(實際上是電流不同)熱敏電阻是溫度傳感器的一種，他由仿陶瓷半導體組成。熱敏電阻(NTC)不同于普通的電阻，他具有負的電阻溫度特性，即當溫度升高時，其電阻值減小。熱敏電阻的阻值溫度特性曲線是一條指數曲線，非線性較大，因此在使用時要進行線性化處理。線性化處理雖然能夠改善熱敏電阻的特性曲線，但是比較復雜。為此，在要求不高的一般應用中，常做出在一定的溫度范圍內溫度與阻值成線性關系的假定，以簡化計算。使用熱敏電阻是為了感知溫度，給熱敏電阻通以恒定的電流，電阻值發(fā)生變化，從而轉換為數字形式。5電子體溫計的電路圖5.1電路圖說明。如圖A所示，當溫度發(fā)生變化引起熱敏電阻503ET的阻值改變時，該值將通過模擬集成電路中的傳感器振蕩電路轉換成頻率信號。脈沖發(fā)生器用于根據預先存儲好的脈沖參數表來設定閘門的通斷。計數器用于對該頻率信號進行計數以得到被測溫度數據。通過LCD驅動器可使液晶屏上顯示出被測體溫值。LCD的驅動電壓為。利用倍壓器可將.電源變換成.電源，二者串聯(lián)即可得到電壓。倍壓器的原理等效于極性反轉式DCDC電源變換器，其特點是利用振蕩器和開關式控制器使兩組模擬開關交替地通、斷以完成電路切換。正半周時，1.5電池對泵電容充電，負半周時將泵電容上的電荷轉移到端的外部電容上以形成1.5電壓。S1和S2為撥動開關。閉合S1時可檢查LCD的全部筆段，測量體溫時應將S1斷開。為了顯示攝氏溫度，必須斷開S2。R2為系統(tǒng)振蕩器的振蕩電阻，R2為820（典型值）時，時鐘頻率為32k。C2和C3為倍壓器的外部電容。LCD顯示器的正常顯示范圍是99。為了降低成本，還可簡化電路?？扇サ鬝1、S2，并將R1改成固定電阻圖B中UDD、USS：分別接1.5電池和地。UEE：負電源端，可利用倍壓器和外部充電泵電容（以下簡稱泵電容）產生1.5電源，以供驅動LCD用，LOWC：電池電壓檢測端，不用時懸空。SC：參考電阻與熱敏電阻的公共端。RF、RS：分別接參考電阻和熱敏電阻。 PSW：接電源開關，以控制體溫計的通、斷電。 TEST2：用戶測試端，此端接UDD時，LCD顯示全部筆段， 據此可判定LCD有無筆段殘缺現象。 CLFH：攝氏溫度華氏溫度選擇端，此端開路時，儀表顯示攝氏溫度，該腳接UDD時，顯示華氏溫度。 OSCI、OSCO：分別為系統(tǒng)振蕩器的輸入、輸出端，外接820的振蕩電阻。 BZ1和BZ2：接蜂鳴器（buzzer，英文縮寫為BZ）。 COM1COM3：接LCD背面的個公共電極（簡稱背電極）。SA1SA3、SB1SB3、SC1SC3、SD1：LCD的筆段及標志符驅動端。 CAP、C512：泵電容連接端。其余引腳為測試芯片用引腳。 結 論 體溫是人體健康的重要指標，而溫度計是測量和觀察這一指標的不可或缺的工具，從第一支體溫計誕生，它就不斷地完