摘要：利用金属导体对温度敏感的性质，通过在金属丝螺线管两端通入恒定电流，同时监测其两端电压大小随温度变化的方法来实现对温度的测量。分析了金属丝螺线管的电阻随温度变化情况并验证这种测温方法可行性。并将通电后的螺线管两端电压进行放大，函数平移和低通滤波，经过单片机采样并进行模数转换，通过点亮数码管显示温度大小，从而达到测量温度的目的。
关键词：螺线管；测温；电路
0 引言
当前，市场上的测温装置主要有热电偶温度计，红外温度计，水银温度计等。热电偶温度计主要利用赛贝克效应，利用温差产生电动势，测量电压实现对温度的测量，但是这种装置抗电磁干扰的能力差，温度测量结果容易受到外界环境影响。红外温度计是利用物体在不同温度下辐射出不同强度的红外线来测温，但是如果温度变化过大，就需要校准，而且对环境依赖较高。水银温度计是利用水银的热胀冷缩效应来测温，但是水银温度计读取示数不方便，测温范围也有限，而且水银有毒易挥发，使用不慎会有严重安全隐患。本作品的意义就是要避免当前测温装置所存在的一些问题，为此设计一种结构简单、操作方便、灵敏度高、测量范围广、抗电磁干扰能力强，并且环保耐用的测温装置。
图1 测温装置系统图
1 系统概述
整个系统由直流稳压电源，电流源，漆包线螺线管，运算电路，低通滤波器组成，如图1所示。将通入恒定电流的铜丝漆包线两端的电压经放大，调整和滤波，使用单片机采样，并驱动数码管显示温度大小，从而实现温度的测量。
2 系统具体实现
测温系统介绍分为三大部分，螺线管部分，电路部分，单片机程序部分。
2.1 螺线管测温原理
由理论分析得，温度可通过改变金属导体的晶格排列、几何尺寸和电阻率对其电阻大小产生影响，晶格排列变化的影响要远大于另外两种影响，它对电阻的影响随温度成线性相关，所以金属导体电阻随温度成线性相关。这就是我们的测温装置的设计灵感。我们将漆包线在木棒上缠绕成螺线管作为感温探头。
由欧姆定律得，电流一定时，导体两端电压与电阻成正比关系。所以我们在（金属丝）漆包线螺线管两端注入一个恒定电流，如图2所示。感温探头两端的电压就随温度成一次函数关系变化，如图3所示。
为验证方案是否可行，在木棒上用0.19mm铜丝漆包线绕制成螺线管，如图4。将其浸入水杯中，使用万用表电阻档多次测量其电阻，通过逐步添加冰块或热水的方式改变水杯内水的温度，并用标准电子温度计测量水的温度。
2.2 电路部分技术分析
直流稳压电源包括变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。
变压器的作用是降压，将标准220V交流电降压到6V，经两个全波整流桥整流之后得到直流整流电压，再通过稳压管和滤波电容处理，输出稳定的正负5V直流电。
恒流源电路，由TL431可控精密稳压源，运算放大器和MOS管构成，形成不受温度、电压等因素的影响。
由于电磁感应和电源波动，电压输出信号含有很大的杂波分量，在减法器的输出端连接巴特沃斯低通滤波器，从而滤除大部分杂波，输出平稳的直流电压信号。
2.3 单片机及程序部分
主控单片机采用MSP430F5529，它内含12位模数转换器，可将该直流电压信号进行高精度模数转换，直接驱动数码管并显示温度大小。
3 系统实验结果及误差分析
图2 螺线管测温原理
图3 电压随温度变化函数
我们将螺线管测温器测得水温数值与标准电子温度计测量值
图4 漆包线螺线管实物图进行比较，所得数据如图6所示。
由于电磁干扰及放大器自激导致电路输出电压不稳定，但是已通过使用双线螺线管和低通滤波器使噪声干扰降到最小。由图分析可知，在待测温度在100摄氏度以下时螺线管测温装置的精度很高，最大误差在1℃左右。
4 结束语
利用金属导体电阻随温度线性变化的特性实现温度的测量，解决了许多测温仪器反应不灵敏，适应性差等难题，可应用于温室大棚、锅炉的测温，另外仪器可以耐受电磁干扰，工作起来稳定。把温度直接用数码管显示出来，使得人们不用刻意的去估读就能得知温度，简单方便，并且在后续的开发过程中，可以改变感温探头形状，适应不同测温环境，也可存储温度的动态变化，进一步将数据上传到互联网，进一步减轻工作人员的负担，具有广阔推广前景。
图7 作品整体实物图
图5 程序流程图
图6 螺线管测温装置与标准温度计测量值对照图
