大學物理設(shè)計性實驗 《用熱敏電阻改裝溫度計》1

1、評分：大學物理實驗設(shè)計性實驗實驗報告實驗題目：用熱電阻改裝溫度計班級：姓名：學號：_指導教師：實驗報告 實驗7用熱敏電阻改裝溫度計實驗提要實驗課題及任務(wù)熱敏電阻是阻值對溫度變化非常敏感的一種半導體。不同于導體的阻值溫度特性（溫度升高，阻值增大），半導體熱敏電阻的阻值溫度特性是當溫度升高，阻值降低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于半導體中的載流子數(shù)目隨著溫度升高而按數(shù)激烈地增加，載流子的數(shù)目越多，導電能力越強，電阻率就越小。熱敏電阻溫度計是利用半導體的電阻值隨溫度急劇變化的特性而制作的，以半導體熱敏電阻為傳感器，通過測量其電阻值來確定溫度的儀器?？梢岳眠@種“非平衡電橋”的電路原理來實現(xiàn)對溫度的測量。用

2、半導體熱敏電阻作為傳感器，設(shè)計制作一臺測溫范圍為40C90C的半導體溫度計。用熱敏電阻改裝溫度計實驗課題任務(wù)是：根據(jù)所學的知識，設(shè)計實驗把所給的熱敏電阻改裝成熱敏溫度計。學生根據(jù)自己所學的知識，并在圖書館或互聯(lián)網(wǎng)上查找資料，設(shè)計出用熱敏電阻改裝溫度計的整體方案，內(nèi)容包括：（寫出實驗原理和理論計算公式，研究測量方法，寫出實驗內(nèi)容和步驟。），然后根據(jù)自己設(shè)計的方案，進行實驗操作，記錄數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)處理，得出實驗結(jié)果，按書寫科學論文的要求寫出完整的實驗報告。設(shè)計要求（1）通過查找資料，并到實驗室了解所用儀器的實物以及閱讀儀器使用說明書，了解儀器的使用方法，找出所要測量的物理量，并推導出計算公式，在此

3、基礎(chǔ)上寫出該實驗的實驗原理。選擇實驗的測量儀器，設(shè)計出實驗方法和實驗步驟，要具有可操作性。根據(jù)實驗情況自己確定所需的測量次數(shù)。實驗儀器惠斯通電橋，電阻箱，表頭，熱敏電阻，水銀溫度計，加熱電爐，燒杯等實驗所改裝的溫度計的要求（1）要求測量范圍在40C80C。（2）定標時要求測量升溫和降溫中同一溫度下熱敏溫度計的指示值（自己確定測量間隔，要達到一定的測量精度）。（3）改裝后用所改裝的溫度計測量多次不同溫度的熱水的溫度，同時用水銀溫度計測出此時的熱水溫度（作為標準值），繪制出校正曲線。評分參考（10分）正確寫出實驗原理和計算公式，2分。正確的寫出測量方法，1分。寫出實驗內(nèi)容及步驟，1分。正確的聯(lián)接儀

4、器、正確操作儀器，2分。正確的測量數(shù)據(jù)，1.5分。寫出完整的實驗報告，2.5分。（其中實驗數(shù)據(jù)處理，1分；實驗結(jié)果，0.5分；整體結(jié)構(gòu)，1分）學時分配實驗驗收，4學時，在實驗室內(nèi)完成；教師指導（開放實驗室）和開題報告1學時。提交整體設(shè)計方案時間學生自選題后23周內(nèi)完成實驗整體設(shè)計方案并提交。提交整體設(shè)計方案,要求電子版。用電子郵件發(fā)送到指導教師的電子郵箱里。思考題如何才能提高改裝熱敏溫度計的精確度？用熱敏電阻改裝溫度計實驗?zāi)康模?了解熱敏電阻的特性；掌握用熱敏電阻測量溫度的基本原理和方法；進一步掌握惠斯通電橋的原理及應(yīng)用。實驗儀器：惠斯通電橋，電阻箱，熱敏電阻，水銀溫度計，滑動變阻器，微安表，

5、加熱電爐，燒杯等實驗原理：惠斯通電橋原理惠斯通電橋原理電路圖如圖1所示。當電橋平衡時，B，D之間的電勢相等,橋路電流I二0，B,D之間相當于開路，貝UUB=UD;I1=I,I2=Io;BD1x20于是IR=IR,IR=IR由此得R/R=R/R1恵斯通電橋原理圖11221X201X20或RX=R0R1/R2(1)(1)式即為惠斯通電橋的平衡條件，也是用來測量電阻的原理公式。欲求RX，調(diào)節(jié)電橋平衡后，只要知道Xr1?r2,r0的阻值，即可由式求得其阻值。2熱敏電阻溫度計原理熱敏電阻是具有負的電阻溫度系數(shù)，電阻值隨溫度升高而迅速下降，這是因為熱敏電阻由半導體制成，在這些半導體內(nèi)部，自由電子數(shù)目隨溫度

6、的升高增加的很快，導電能力很快增強，雖然原子振動也會加劇并阻礙電子的運動。但這樣作用對導電性能的影響遠小于電子被釋放而改變導電性能的作用，所以溫度上升會使電阻下降。這樣我們就可以測量電橋非平衡時通過橋路的電流大小來表征溫度的高低。熱敏電阻溫度計的設(shè)計電路圖如圖2示取R2=R3,R值等于測溫范圍最低溫度（40C）時熱敏電阻的阻值。R4是校正滿刻度電流用的。取R4值等于測溫范圍最高溫度（80C）時熱敏電阻的阻值。測量時首先把S2接在R4端，改變W使微安表指示滿刻度，然后再把S2接在RT端，如果在40C時，Rt=R,R3=R2,電橋平衡，微安表指示為零。溫度越高，Rt值越小，電橋越不平衡，通過表頭的

7、電流也就越大。反過來可以用通過表頭的電流來表示被測溫度的高低。3.熱敏電阻的電阻一溫度特性曲線如圖3所示：圖3熱敏電阻的電阻一溫度特性曲線圖可以看出其阻值隨溫度升高而很快減小，用它來設(shè)計測溫計或傳感器是很靈敏的。為了用它來制作測溫計，首先要測定它的電阻一溫度特性。實驗步驟：1電阻一溫度特性的測定1）.把上述熱敏電阻接在圖1所示的電橋臂中，圖中檢流計用50微安的微安表,R0為電阻箱，取R=R2，即取倍率為1。2）.把熱效電阻放在燒杯中，加熱燒杯中的水，用0.2C分度值的水銀溫度計測量水溫。3）.接通電橋電源，再調(diào)節(jié)R0,使電橋平衡，逐步提高水溫，測出不同溫度下的熱敏電阻阻值（從40C開始至80C

8、,每隔5C測量一次）。4）.逐步降低水溫，重復(fù)3）操作，并取升溫過程和降溫過程中在該溫度下的電阻的平均值為熱敏電阻在該溫度時的阻值。2用熱敏電阻改裝溫度計1）取R2=R3,R值等于測溫范圍最低溫度（40C）時熱敏電阻的阻值。R4是校正滿刻度電流用的。取R4值等于測溫范圍最高溫度（80C）時熱敏電阻的阻值。2）先把S2接在R4端，改變W使微安表指示滿刻度，然后再把S2接在Rt端，如果在40C時，Rt=R,R3=R2，電橋平衡，微安表指示為零。3）定標時，每升高（降低）5C時，用阻值相當?shù)碾娮璐鏌崦綦娮?，以減少因溫度不穩(wěn)定而造成的誤差。4）定標后，微安表上共有40小格，每一小格表征1C，零刻度處

9、表征40C，滿偏處表征80C。3、溫度校正1、用改裝后的熱敏電阻溫度計測量多次不同溫度的熱水的溫度，測量時，從40C開始每隔4C取一組觀測數(shù)據(jù)，同時用水銀溫度計測出此時的熱水溫度（作為標準值）。2、根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)繪制出溫度校正曲線。實驗數(shù)據(jù):表1電阻一溫度特性測定數(shù)據(jù)表標準溫度T(C)熱敏電阻阻值R(Q)阻值平均值R()升溫降溫405213517351934544534475446450389638683882553366334033536028862898289265252625302528702178222622027519241916192080167217161694表2溫度校正數(shù)據(jù)

10、表熱敏溫度計讀數(shù)T(C)40.343.548.251.456.860.563.368.672.776.479.6水銀溫度計讀數(shù)T(C)4044485256606468727680T=TT(C)t-s+0.3-0.5+0.2-0.6+0.8+0.5-0.7+0.6+0.7+0.4-0.4數(shù)據(jù)處理：根據(jù)表1繪制熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線；根據(jù)表2繪制溫度校正曲線圖(見坐標紙)思考題：如何才能提高改裝熱敏溫度計的精確度？答：給熱敏電阻加熱時應(yīng)不斷攪拌電熱杯中的水，使熱敏電阻均勻受熱用電橋測量熱敏電阻的阻值時，應(yīng)迅速找出平衡點、縮短測量時間；選定適當?shù)臏y量溫度間隔，定標時用阻值相當?shù)亩ㄖ惦娮璐嬖诖?/p>

11、溫度下的熱敏電阻。心得體會:通過實驗，我覺得耐心是做好本實驗的關(guān)鍵因素,同時在做實驗報告的過程中又讓我重溫了計算機的基本操作此實驗使我了解了熱敏電阻的溫度特性，并學會了如何用熱敏電阻改裝溫度計，并用改裝后的溫度計測量不同溫度的水溫。此外，我在做實驗過程中發(fā)現(xiàn)以下一些問題：1、測量時電橋電路中的電流不能超過一定值，這是由熱敏電阻伏安特性決定的。當電流I上升到一定值后，它兩端的電壓U反而下降，這是由于通過熱敏電阻的電流過大使它本身發(fā)熱造成的。設(shè)計熱敏電阻溫度計應(yīng)避免它進入特性的這一階段。2、熱敏電阻溫度計的電阻較低，接入橋式電路將通過相當大的電流，這會引起實際溫度的變化。因此，用電橋測量它的電阻值時，應(yīng)迅速找出平衡點、縮短測量時間。實驗報告51015ifSS:HI訂Eeshsris!:E：I+t11:.-：i4-L亠卜“:-mIKiESHtt