設計與制作盲人用電子溫度計

摘 要：生活中通常采用熱脹冷縮的原理制作溫度計實現測量溫度，隨著科技發展，電子溫度計也不斷問世。然而筆者發現，由于使用溫度計對視力有較高要求，而盲人因視力問題無法使用溫度計，這將對盲人群體生活帶來不便。本文將為大家介紹一款本小組自制的專門為盲人群體設計的簡式便電子溫度計，經小組同學多次調試，深感其適合盲人群體使用。本次創新設計初衷為幫助盲人群體，并在社會責任感與自豪感中體驗學習的樂趣。

關鍵詞：弱勢群體；電子溫度傳感器；基礎物理；社會實踐

1 發現問題

1.1 盲人群體的生活現狀

盲人作為社會上的一個特殊群體，需要社會給予他們更多的關懷和照顧，使他們能夠更好的獨立生活。而生活中，歧視盲人的現象時有發生，盲人作為中國較大的弱勢群體，生活環境急需提高。

1.2 小組暑假工作

本小組在暑期期間通過走訪的形式，深入大街小巷，對全縣幾十名盲人進行了深刻的交談，了解了許多盲人在生活方面的困難之處。并且作為一名高中生，我們有義務幫助他們提高生活質量，改善生存環境。

1.3 研究方向的確定

經過我們與盲人的深入交流，結合上網分析查閱，我們發現盲人在病患方面有較多顧慮，并且醫療器械方面的溫度計沒有針對盲人研發專門的盲人用便捷溫度計。于是我們小組希望針對盲人設計其專門使用的溫度計，以改善盲人的生活質量。

2 設計與制作過程

2.1 征得老師同意并分配工作

本小組于暑期期間查閱物理電學方面相關資料，于開學后向物理老師正式申請進行盲人用溫度計的設計與制作工作，得到老師的支持與幫助。在分配任務的過程中，組員推舉我為研究組長，并同意我擔任溫度計的電路設計原理及電路設計方面的工作。

2.2 完成設計

在老師的幫助下，我們很快就完成了設計與制作方面的工作，并準備于課余時間進行調試與數據的收集。

3 溫度計的設計思路與工作原理

3.1 溫度計的設計思路

由于我們小組設計的溫度計將由盲人使用，所以我認為應做的方便，而不應過于復雜。經上網查找資料并詢問老師后，我選擇使用電子溫度傳感裝置與溫度指示劑相結合來簡便使用方式。最終我們小組的電子溫度計由電子溫度傳感裝置、數據放大裝置、揚聲裝置和溫度指示器四部分組成。

3.2 溫度計工作原理

（1）電子溫度傳感裝置：它是一個現有研發、能將溫度傳感器合集在一個小小的芯片上的裝置。它可以通過熱敏電阻對電路的影響完成對溫度的測量和模擬信號輸出至揚聲裝置和數據放大裝置。仿真電子溫度傳感裝置中單一功能是其主要特點（即只測量溫度，并無其它功能）。而電子溫度傳感裝置的顯著優點在其測量溫度誤差小，價格便宜，反應速度靈敏等。

（2）數據放大裝置和揚聲裝置：考慮到盲人身體的缺陷，我們小組選擇數據放大以及揚聲裝置作為溫度計的輸出指示，旨在讓盲人只用耳朵就可以接受信息，配合電子溫度傳感裝置可做到方便快捷。

（3）溫度指示劑：溫度指示劑采用一個最大量程為1MA的直流電流表，且滿刻度表示 50℃的最大體溫。溫度傳感器與電子溫度傳感裝置緊密相連，可實現溫度與數據的實時快速轉化。

（4）工作原理：該溫度計的測溫原理基于帕米爾效應[當受熱物體中的電子（空穴），因隨著溫度梯度由高溫區往低溫區移動時，所產生電流或電荷堆積的一種現象。而這個效應的大小，則是用稱為Q（thermopowe）的參數來測量]，根據熱電效應的表達式Q=E/-dT（E為因電荷堆積產生的電場，dT則是溫度梯度）即可對溫度變化進行定量計算。而熱敏電阻的電阻溫度系數較普通金屬大10倍，α（電阻值的溫度系數）≈-2.4～-6%/C。

此溫度計還應用到：PeltierEffect（珀爾帖效應）、Seebeck Effect（塞貝克效應）等多種效應原理與公理。

4 成果調試與數據收集

4.1 測試性能列表

在設計完成后，由我們小組同學作為志愿者，提供體溫情況，對以下幾方面進行測評與調試：

（1）樣本溫度計與標準溫度計測溫情況對比；（2）樣本溫度計變溫靈敏度測試；（3）溫度計的使用性能、安全系數；（4）溫度計的方便程度（由小組學生指導盲人后親身試驗）。

4.2 測試結果

4.2.1 溫度對比結果

經兩天二十次對不同溫度范圍的實驗，由我們小組自制溫度計與市面上某品牌電子溫度計進行對比，發現兩者平均溫度相差在0.02℃-0.07℃之間，x牌溫度計于35℃-40℃測量較準確，而我們的電子溫度計在38℃-44℃測量較準確。溫度對比打8分。

4.2.2 靈敏度測試

經由相差3℃、5℃、10℃、15℃不同溫度變化情況對比，由本小組發明設計的溫度計與x牌溫度計相差無幾，x牌溫度計整體效果在我們之上。靈敏度打7分。

4.2.3 使用性能與安全系數

由于我們設計的溫度計由電子元件構成，由鋰電池驅動，固相對傳統溫度計相比無汞中毒風險，但漏電幾率較大，在安全防護措施上我們仍有提升空間。安全系數打6分。

4.2.4 溫度計的方便程度

由于在設計中涉及電子信息方面相關知識，我們的溫度計小巧且便于攜帶，所以在方便程度上打9分。

4.3 使用方法

經過兩天的溫度計性能調控，我們已經將溫度計設計得十分方便。使用方法為：放在身體或被測物體旁，打開開關，靜心等待，直到聽到蜂鳴器發出提示音后，揚聲器及顯示屏將給出測量結果。

5 實驗尾聲及心得

經本次歷時兩個月的創作，我們成功制作出盲人用溫度計，我們還申請報名參加學校科技創新比賽。在實驗中，同學之間互相協助，在體會到成功的同時，我們同學之間的情誼也得到了增進，也學到很多知識和技能。

參考文獻：

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[2]席軍，劉廷華.PTC 熱敏電阻的開發應用現狀[J].塑料，2005（04）：79-84.

[3]西西.為了盲人的生存和發展——淺議《盲人生活指南》[J].中國殘疾人，1998（2）：14-15.

作者簡介：宋裕恒（2002-），男，漢族，河北廊坊人，學生，高中，研究方向：電子信息。