用熱敏電阻測量溫度2

1、實驗報告姓名：葉洪波學號：pb05000622實驗名稱用熱敏電阻測量溫度實驗目的熱敏電阻是由對溫度非常墩感的半導體陶瓷質工作體構成的元件。木實驗旨在了解熱敏電阻-溫度特性和測 溫原理，掌握惠斯通電橋的原理和使用方法。學習坐標變換、曲線改直的技巧和用異號法消除零點課差等方法。 實驗儀器熱敏電阻，變壓器，水銀溫度計，電爐，有蓋的水杯，惠斯通電橋，檢流計實驗原理1. 半導體熱敏電阻的電阻一一溫度特性某些金屬氧化物半導體（如：feq、mgcm。等）的電阻與溫度關系滿足式（1）：b心=r0（1）式中rt是溫度t時的熱敏電阻阻值，rs是t趨于無窮時熱敏電阻的阻值，b是熱墩電阻的材料常數(shù)，t為熱 力學溫度。

2、金屈的電阻與溫度的關系滿足（2）：r* =尺/1 +。（2 - 耳）式中a是與金屬材料溫度特性有關的系數(shù)，氐、乩2分別對應于溫度b、t2時的電阻值。電阻的溫度系數(shù)町由式（3）來決定：& dt熱敏電阻的電阻-溫度特性與金屬的電阻-溫度特性比較，有三個特點：（1）熱敏電阻的電阻-溫度特性是非線性的（呈指數(shù)下降）。（2）熱敏電阻的阻值隨溫度的增加而減小，溫度上升會使半導體的電阻值迅速下降。因此溫度系數(shù)是負的（aoc-）o熱敏電阻的溫度系數(shù)約為-（3060） xiovot2（3）半導體電阻對溫度變化的反應比金屬電阻靈敏得多。20406080 "c熱敏電阻的電陰沮度曲線2. 惠斯通電橋

3、的工作原理半導體熱敏電阻和金屬電阻的阻值范圍，一般在110°q,需要較精確測量時常用電橋法，惠斯通電橋是應用很廣泛的-種儀器。惠斯通電橋的原理,如圖3. 5. 2-2 (a)所示。四個電阻r。、乩、&、e組成一個四邊形,即電橋的四個臂, 其中乩就是待測電阻。在四邊形的一對對角a和c z間連接電源e,而在另一對對角b和d z間接入檢流計go當b和d兩點電位相等時，g屮無電流通過，電橋便達到了平衡。平衡時必百r、=且&), ri/&和r°都己知,r2&即可求出。ri/r2稱電橋的比例臂，由一個旋鈕調節(jié)，它采用十進制i古i定值，共分0.001、0.

4、01、0.1、1、10、100、1000 七擋。ro為標準可變電阻,最小改變量為1q,保證結構有四位有效數(shù)字。(b) ffe圖3.5.2-2蠱幣通電r =hr°是在電橋平衡的條件下推導出來的。電橋是否平衡是rh檢流計有無偏轉來判斷的，而檢流計的靈敏 r?度總是有限的。假設電橋在r./r2=l時調到平衡，則有rfr。，這時若把ro改變一個微小量a ro,電橋便失去平衡 從而有電流ig流過檢流計，如果ig小到檢流計察覺不出來，那么人們仍然會認為電橋是平衡的，因而得到 r =ro+mo,就是由于檢流計靈敏度不夠高而帶來的測量課差，引入電橋靈敏度s,定義為：(4)ah式中a乩指的是在電橋平衡

5、后乩的微小改變量（實際上待測電阻&若不能改變，可通過改變標準電阻r。來測電 橋靈敬度），越大，說明電橋靈敏度越高，帶來的測最課差就越小。通常可以覺察出丄格的偏轉，也就是說,2電橋平衡后，只耍氏改變0.5%就可以察覺出來。這樣，由于電橋靈敏度的限制所帶來的測量誤差肯定小于0.5%。電橋的測量誤差，除了檢流計靈敏度的限制外，還冇橋臂電阻出、r?和r。的不確定度帶來的誤差。一般來說, 這些電阻可以制造的比較精確（謀差為0.2%）,標準電阻的謀差為0.01%左右。另外，電源電壓的謀差，也對電 橋的測址結果有影響。實驗內容1. 按圖3. 5. 2-3接線，先將調壓器輸出調為零，測室溫下的熱敏電阻

6、阻值，注意選擇惠斯通電橋合適的量程。先調電橋至平衡得ro,改變r（）為r°+ar。,使檢流計偏轉一格，求出電橋靈敏度；再將r。改變?yōu)閞o-a ro,使檢流計反方向偏轉一格，求電橋靈敏度。求兩次的平均值實驗數(shù)據(jù):惠斯通電橋水銀溫度計水電爐圖3.5.2-3測量裝置原理圖室溫檢流計偏轉格數(shù)an28. 0°c電阻 r （ q ）計算過程及結果：15041498-11508檢流計的靈敏度s二* （1504-1498）/1504 +(1508-1504)/1504 a313*332.特性曲線。在t=50°c的點作切線,市式（3）求出該點切線的斜率竽及電阻溫度系數(shù)調節(jié)變圧器輸出

7、進行加溫，從30°c開始每隔5°c測量一次h直到95°co然后繪制出熱敏電阻的rt-t實驗數(shù)據(jù):t/°ct/kr'/k-1rt/q303030.0033001350353080.0032471143403130.003195921453180.003145808503230.003096679553280. 003049573603330.003003493653380.002959420703430.002915370753480. 002874320803530. 002833280853580.002793249903630.0027552

8、21953680.002717196作r-v曲線并擬合如下:data: datal_bmodel: exp2pmodlequation: ri-aeb 1rr=r»eb/tchi"2/dofr"296. 461040. 99932parametervalueerrorre®a0.019740. 00184b =b3373. 2629.38357計算過程及結果：dr/dr=-t2dr/dt dr/dt =-(dr/dfl)/t2=-r.beb/t/t2=-roobeb*1/<273+50>/ (273+50)2=-0. 01974*3373.

9、26*e3373 26*l/(273+50)/ (273+50)2二-21.905646 (q/k)a = =l/(r-eb/t) * dr/dt二 1/(0. 01974*e3373 26/323)*(-21. 905646) =-0. 0323 (k_,) rt dt3. 作線，確定式（1）中的常數(shù)rr利b,再巾式（5）求a （50°c時）。1 drrbza =l =-(5)rt dtt2brt = r0lnrr 二 b*t“+lnrs實驗數(shù)據(jù)：t/°ct/kt-l/k-1r/ qinr/inq303030. 00330013507. 20786353080. 0032

10、4711437. 041412403130.0031959216. 82546453180.0031458086. 694562503230.0030966796. 520621553280. 0030495736. 350886603330.0030034936.200509653380.0029594206.040255703430.0029153705.913503753480.0028743205. 768321803530.0028332805. 63479853580.0027932495.517453903630.0027552215. 398163953680.00271719

11、65. 278115作ihrt-t-1曲線并擬合如下:6.5-x blinear fit of datal b<趙三二u 一57.6.0-5.5 -0.00270.00280.00290.00300.00310.0032ni. rl/k'10.0033lnrt-r曲線lnr=b*t_1+lnreoparametervalueerrorinrg-3. 773660. 0678b3324. 2562422. 6247rsdnp0. 999720.0152814<0. 0001計算過程及結果：rs二/心二，3 77366 二0 023(q)b=3324. 25624(e)a =-

12、b/t =-3324. 25624/(273+50) 2=-0. 0319(")4 比較式(3)和(5)兩個結果，試解釋那種方法求出的材料常數(shù)b和電阻溫度系數(shù)a更準確。答：(5)的結果更準確分析：(3)的結果既冇r®的誤差的影響，又有b的誤差的影響；而(5 )的結果只有b的謀差的影響。而且直線擬合的誤差比曲線擬合的誤差小，因而結來更加精確。5.注意事項在升溫時要盡量慢（調圧器輸出要小一些），升溫過程中，電橋要跟蹤，始終在平衡點附近。思考題1、檢流計按下短路為何止動？答：按下短路，就將檢流計兩端接通，檢流計被短路，使得檢流計小無電流通過，因而止動。2、電橋的比率臂選1有何優(yōu)點（結介本實驗數(shù)據(jù)）？答：心= r本實驗中溫度從3 0 °c變化到9 5。5寸，熱敏電阻的阻值變化為1 3 5 0 q1 9 6 q。 尺2即rx= 1 3 5 0 q1 9 6 q?？勺冸娮鑢。阻值的變化范圍為：ro = rx/ （r2/ri） =rx/電橋的比率臂（1）如果電橋的比率臂=0. 1,那么r。的變化范圍為1 3 5 0 0 q1 9 6 0 q，超出了 r。的量程,將導致實驗失敗。*同樣地，如果選擇小于0.1 （即