动力测试技术试验设计.docx
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动力测试技术试验设计
动力测试技术试验设计
我们的目标：
液体测温仪（用途广泛，物美价廉）
目前使用的水杯、奶瓶、烧杯等器具，没有设置测温装置，人们在使用时，尤其是婴儿喝奶时，温度过高容易烫伤口腔粘膜，温度过低容易造成胃部或腹部的不适，给人体带来不必要的伤害。
使用本实用新型能自动显示液体的温度，避免了因水杯、奶瓶内液体温度过高或温度过低给人体带来的伤害。
我们的产品主要用在：
家庭，学校，工厂，医院，实验室等。
产品的构成
由杯盖、杯体和安装在杯体内侧壁上的带有传统的温度传感器或者是红外温度传感器以及外部的电子显示装置。
杯盖和杯体主要采用保温性能较好的有机合成材料，灵巧便携。
至于其他传感装置可以更具其精度要求选择不同等级的产品。
它的工作方式分两种:
1、用传统的温度传感器将温度转化为电信号
2、用红外测温设备直接测出温度，同样用电子仪器显示。
两种设备得到的电信号可以转化为我们很常见的反馈方式
1：
用显示屏直接数字显示（误差很小，误差范围可在产品介绍上得知）
2：
杯体颜色在一定温度范围内发生变化（误差较大，待定）
3：
声音、在一定温度范围内发出特定声音（误差同样大）
为确定其误差范围/性能差异，作如下试验：
1.在绝热杯内壁附着好温度传感器（包括传统温度传感器和红外温度传感器两种）。
2．放入20左右摄氏度的水一定量，并用温度计求平均值等方法测出被测液体的实际温度即标准参考温度。
3.用红外传感测温仪测出温度，同时读出传统温度传感器所测的温度。
4.放入40摄氏度左右的水，重复2，3步骤并记录实验数据。
5.以同样的方式重复以上步骤逐次一直测到100度。
6.并由此选择不同温度范围内的反馈方式，用来指示不同的温度差异。
7.记录数据并计算出两者的温度均值。
最终和标准参考温度作比较。
得出在不同温度范围内两种测量方式的差异，有可能的话进一步算出其误差值
根据这个结果，我们做出两个杯子确定其价格。
杯子的样子：
1.一个杯子底装有温度传感器和液晶显示器，可以把杯子放上去，在显示器上得到读数。
2.一个杯子该带有红外测温仪和液晶显示器，盖上被该即可得到读数。
3.杯身上装温度传感器和显示屏。
4.所有的杯身都可以变色。
附录1
材料介绍：
目前市场上应用普遍的材料。
1、便携式数字温度计
该温度计与表面热电偶及表面热电阻配套，测量各种固体表面气体、液体，以及橡胶、沥青、塑料等温度。
广泛用于橡胶、纺织、造纸、造船、食品、钢铁有色金属，石油制品，陶瓷，玻璃等工业
采用LCD数字显示被测值直观、清晰。
温度计体积小、重量轻携带方便。
●配热电偶：
E分度可测0~600℃
N分度可测0~1000℃
●配热电阻：
PT100，可测50~199.9℃
●显示基本误差:
±0.5%F5±一个字.●电源:
QV干电池6F22一节●热电偶冷端温度:
内部自动认值.
附录2
1672年，人们发现太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成，同时，牛顿做出了单色光在性质上比白色光更简单的著名结论。
使用分光棱镜就把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光。
1800年，英国物理学家F.W.赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，发现了红外线。
他在研究各种色光的热量时，有意地把暗室的唯一的窗户用暗板堵住，并在板上开了一个矩形孔，孔内装一个分光棱镜。
当太阳光通过棱镜时，便被分解为彩色光带，并用温度计去测量光带中不同颜色所含的热量。
为了与环境温度进行比较，赫胥尔用在彩色光带附近放几支作为比较用的温度计来测定周围环境温度。
试验中，他偶然发现一个奇怪的现象：
放在光带红光外的一支温度计，比室内其他温度的批示数值高。
经过反复试验，这个所谓热量最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。
于是他宣布太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。
红外线是一种电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质，红外线的发现是人类对自然认识的一次飞跃，对研究、利用和发展红外技术领域开辟了一条全新的广阔道路。
红外线的波长在0.76～100μm之间，按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。
红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。
温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。
通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布，经电子系统处理，传至显示屏上，得到与物体表面热分布相应的热像图。
运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温并进行分析判断。
附录3：
温度传感器的工作原理及制作工艺
1.定义
按照IEC539和CECC4300技术标准的定义，NTC（负温度系数）热敏电阻器是一种热敏性半导体电阻器，其电阻值随着温度的升高而下降，电阻温度系数在－2%/K~-6%/K范围内，大体为金属电阻温度系数的10倍。
NTC热敏电阻器电阻值的变化可以由外部环境温度的变化引起，也可以因有电流流过，自身发热而造成。
它的各种用途都是基于这种特性。
NTC热敏电阻由混合氧化物的多晶陶瓷构成。
这种材料的导电机理是相当复杂的。
NTC热敏电阻器采用经过精心挑选和试验的原材料来生产。
其原材料是各种不同的金属氧化物，加入化学上稳定的氧化物，以使生产重复性好，热敏电阻器特性的稳定性好。
2.特性
2.1零功率特性
流过热敏电阻的电流会产生足够的热量，将其温度提升到高于环境温度。
自热效应在有些情况下是不能不考虑的（有时，我们有意要使它发热）。
因此必须对有电负荷的热敏电阻器与无负荷的热敏电阻器的特性加以区别。
无负荷热敏电阻的特性有时也称作“零功率特性”。
2.2温度特性
电阻温度特性可以近似地用下式来表示：
RT=RNEXP[B（1/T-1/TN）]
（1）
式中：
RTR分别表示NTC在温度T（K）和额定额定温度TN（K）下的电阻值，单位Ω，
T、TN为温度，单位K（TN（k）=273.15+TN（℃））。
B，称作B值，NTC热敏电阻特定的材料常数（Beta）。
由于B值同样是随温度而变化的，因此NTC热敏电阻的实际特性，只能粗略地用指数关系来描述，所以这种方法只能以一定的精度来描述额定温度或电阻值附近的有限的范围。
但是在实际应用中，要求有比较精确的R-T曲线。
这或者要用比较复杂的方法（例如用thesteinhart-Hart方程），或者用表格的形式来给定电阻/温度关系。
它们是通过很精确的实验来确定的。
我们也可提供温度增量为1℃或0.5℃的表格。
3.主要参数
3.1B值
上面已经提到，B值也是随温度而变的，因此必须知道B值所指的是哪个温度范围，这一点很重要，在本公司的技术规范中，通常指的是温度25℃（T1）和50℃（T2）测得的B值，以
符号B25/50表示。
对于一定的热敏电阻器，其B值是这样确定的，测量在25℃时的电阻值（R1）和50℃时的电阻值（R2），并代入下面的方程式：
（2）
对于普通的NTC材料，其B值范围从2000-5000K。
3.2额定电阻
本公司所标定的额定电阻是指在介质温度恒定环境下（通常25℃±0.01℃），零功率测量（见4.3）而得的电阻值。
4.相关知识
4.1公差
额定电阻RN和B值会制造公差，因此当温度高于或低于额定温度TN时，R值公差将使曲线平移，B值的公差将使电阻值曲线的分散性加大。
一般来说，电阻的公差可用下面的关系式来表达
（3）
该式三的含义
（1）
:
零功率分选公差（R25±1%）引起的R公差
（2）
：
B值公差引起的R公差
（3）
：
温场误差引起的R公差
（注：
计算公式见R-T表的制作方法）
若上面式子中的第（3）项温度项可以忽略的话，那么这个方程可简化
（4）
在这个公式中，ΔRB是指由于B值的分散性产生的电阻公差
从这个方程式可以看出，在某一定温度下的电阻公差，受到两个变量的影响：
标称电阻值的制造公差，和B值随温度变化带来的误差。
为了能对电阻和温度关系的误差作出实际的估计，请参考我们提供的R-T表格。
4.2温度系数α
电阻温度系数α，定义为电阻值的相对变化，对于温度变化的比值
α=
<0 （5）
4.3零功率测量
零功率电阻是在给定温度T下，以足够小的电功率测得的电阻值，“足够小”是指如果进一步减小测量功率，测得的电阻值没有明显的变化。
若测量功率太大，遇自热效应（见3.2）则会使测量结果不真实（distorted）。
当测量超低阻值的NTC热敏电阻时，必须计及测量导线的电阻值。
4.4加有电负荷的NTC热敏电阻器
当有电流流过热敏电阻器时，功耗将或多或少地使电阻体自身温度升高。
下面的一般公式适用于电功率使NTC热敏电阻自热的情况，
P=VI=dH/dt=δ（T-TA）+CthdT/dt（7）
式中：
P：
所加的电功率（W）δ：
NTC热敏电阻的散热系数（W/℃）
V：
NTC上电压的瞬时值（V）T：
NTC热敏电阻器的瞬时温度（℃）
I：
流过NTC电流的瞬时值（A）TA：
环境温度（℃）
dH/dt：
所储存的热能随时间的变化Cth：
NTC热敏电阻的热容量（W/℃）
dT/dt：
温度随时间的变化
4.5电压/电流特性
当将一个恒定的电功率加到热敏电阻器上时，其温度一开始明显上升，但这种变化随时间逐步减弱。
经过一定时间以后就达到一种平衡状态，这时的功率以热导和对流的方式散失掉。
4.6耗散系数δ
耗散系数定义为功耗的变化对于由于这个功耗变化所产生的热敏电阻体温度的变化的比值。
它可表示为mw/K，它是在稳态条件下使电阻体温度提高1K所需的电功率。
耗散系数越大，热敏电阻器向周围散失的热量就越多：
δ=dp/dT（11）为了测量δ，我们给热敏电阻器加上一个电功率，这时的比值V/I与在T2=85℃条件下测得的电阻值相同，于是：
δ=VI/（T2-T1）=P/（T2-T1）（12）
4.7热时间常数（Thermaltimeconstant）τC
热学冷却时间常数指的是将一只不加电负荷的热敏电阻器,其温度变化原先电阻体的平均温度与环境温度之差的63.2%所需的时间。
（a）
（b）
5传感器的选购步骤：
1、根据使用场合确定温度传感器的量程；
2、根据线路设计及使用场合选择温度传感器的标称电阻值及其温度点；
3、根据实际需要确定温度传感器的测温精度；
4、根据整机结构选择温度传感器的封装方式.
6热敏电阻、温度传感器的使用要求
●环氧系列（EPOXY）焊接点应距头部5mm以上，焊接时间小于5秒；
●环氧系列（EPOXY）与玻封系列（GLASS）均不能直接用于水中；
●由于如前所述的自热现象，在使用过程应尽量避免大电流流过热敏电阻或温度传感器，以免烧坏管芯；
●测试电流应尽量小，测试时间视温度传感器而定，应尽量长。
市场预测
就目前市场中，还未见到同类产品。
我们小组认为，自动测温杯，作为一种独立的产品，能够在市场中占有一席之地。
自动测温杯的优势：
1.就如先前所说，如今市场上并没有以测温为卖点的杯子。
2.我们选择多种不同的测温技术及显示方式，能够满足不同消费群体的消费需求，适合各个年龄层次的消费者。
3.设计的多样性。
如果以后将此产品投入生产，由于我们技术核心不涉及杯子外形，所以本产品可设计成各种液体容器，例如奶瓶、运动水壶、茶杯，乃至于实验室用的容器皆可。
我们的自动测温杯主要有以下三种主要的销售对象：
1.有婴幼儿的家庭。
我们小组认为，这是该产品最大的消费群体。
婴幼儿的感官十分脆弱，温度过高或过低都有可能对婴幼儿产生伤害，因此，本产品上的自动测温装置对婴幼儿的家长提供了很大的帮助。
家长可以根据测温系统显示的数值，从而决定婴幼儿能否饮用。
如果此类产品的推出一定可以得到诸多家长的欢迎与支持。
2.生病或需要看护的老人。
当今社会已进入老年化，越来越多的老人给社会造成了一定的压力。
虽然老人感官能力退化，但是过热的饮品却实实在在伤害老人的身体，如果使用了我们设计的自动测温杯，这样的情况一定会少掉很多。
3.一部分实验室。
液体温度测试技术可运用于许多实验设施。
目前急需解决的问题还有很多，譬如说，成本太高，但随着科技的进步，问题一定会一个接一个地解决，并将此产品投入生产！
实物欣赏
通过这次作业的完成过程，我们（第三小组F0202201班）在资料的搜寻中不但学到了很多测试方面的专业知识，而且加强小组内同学的交流与协作，更重要的是，我们第一次尝到了设计新产品的辛酸与喜悦，最终完成了此次试验设计。
起初，大家提出了各种各样的想法，譬如说，cpu测温、电动机测温等等，但是考虑到了简单性，可行性与实用性的方面，我们最终选择了测温杯。
有了这个想法后，我们想到的是如何设计这个杯子的功能与外形，觉得思路很乱。
然后我们从实现功能的可能性入手，考虑了本课程的知识范围，得到了两种可能的测量方式（传感器测试方式与红外线测试方式），于是我们设定了杯子的主要技术构成。
由此得到了适用人群，市场范围和大致的价格尺度。
接下来我们想要从网络上找到关于这两种测试方式的材料和相应的器材，于是我们分配了任务，大家一起努力得到了很多相关的资料，进而得到了测温杯的原理并且设法计算出了可能的误差。
虽然，只是进行了一些简单的计算，但是我们还是从其中明白了各种计算方法和专业知识。
将课本上所学到的知识应用到了实际当中。
对于我们的动手实验能力是一个很好的锻炼。
当然，由于刚开始对于作业的要求不是很清楚，导致后来用于做试验设计的时间比较仓促，其中也许会有一些不严密或者不足的地方，希望老师批评指出。
我们会积极改正。
希望下次进行类似的试验设计的过程中可以做得更好一些。
因为我们是第一次进行类似的设计工作，多谢老师可以给我们这样的机会。
这也是一个我们对于课程内容的巩固的好机会。
分工情况：
试验设计：
王林，刘超，卫琛喻
市场预测：
朱俊
排版,打字：
傅耀，卫琛喻
查资料：
卫琛喻，傅耀，徐恺曜，赵奎武，黄俊，穆倩倩，吕思妍
后期ppt设计制作：
黄俊，穆倩倩，吕思妍
工作评价：
A等：
王林，刘超，朱俊，卫琛喻
B等：
傅耀，黄俊，穆倩倩，吕思妍
C等：
徐恺曜，赵奎武
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