实现惠斯登电桥测量金属热电阻的温度系数实验测量的半自动化

大学物理设计性试验报告实验名称：惠斯登电桥测量金属热电阻的温度系数的改进院系：高分子科学与工程学院班级：复合141姓名：冯今学号：1403060108惠斯登电桥测量金属热电阻的温度系数的改进冯今（青岛科技大学高分子科学与工程学院复合141）摘要在惠斯登电桥实验中,使用恒温水浴代替烧开的热水,使温度计读数时间不受惠斯登电桥操作约束。以此达到减小测量误差的效果,并简化了实验操作步骤。关键词惠斯登电桥；恒温水浴；金属热电阻1、引言惠斯登电桥实验是大学物理实验电学部分中一个重要而典型的基础实验。利用水温改变调节铂电阻值是该实验的一个重要组成部分。在实际操作中，对煤油温度计读数同时点按单臂电桥改变阻值时，会因水温变化产生误差。在参考文献[1]中对使用恒温水浴的优势做了论述,本文从提高测量准确度的角度,对使用恒温水浴优势做了说明。2、惠斯登电桥测电阻的基本原理电阻温度系数，单位符号:1/℃。含义:温度每升降1°C，材料电阻率的改变量与原电阻率之比，称为电阻温度系数。测量金属热电阻温度系数的方法一般有两种，（1）伏安法：电流表、电压表准确度不高，表内及线路本身带有内阻误差，精确度不高，（2）电桥法：可以避免伏安法所造成的误差，精确度很高，操作更简洁。惠斯登电桥于1843年发明，又叫单臂电桥，用于测量的电阻范围为106~10，其测量电阻的基本原理是，将待测电阻同标准电阻相比较以确定待测电阻是标准电阻的多少倍。如图所示，设待测电阻为RX,标准电阻RS。当流过检流计G的电流0Rg时，B、D两点电位相同。这时有RIRI2211即IIRR2121同时有RIRISSXX即IIRRXSSX在B、D两点电位相同的状态称为电桥平衡状态。一旦电桥平衡后，0Ig这时有IIIIsx21,得出RRRRRRRRSXsx2121即设RRKr21,带入得RKRsrxKr为比例臂系数，RKsr,已知，可求出RX。金属热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度变化而变化的特性。因此，只要测量出热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。铂电阻精度高，稳定性好，测温范围为-200~850℃。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用下式表达：)1(0tRRtRt为温度在t时刻的阻值，R0为温度在0℃是对应的电阻值，α为热电阻温度系数。3、误差来源分析与处理在实际操作中，对煤油温度计读数同时点按单臂电桥改变阻值时，会因水温变化产生误差。此时，我们将原实验中烧开的热水换为超级恒温水浴锅，1)向工作室注入水至所需高度，按顺序摆放仪器，连接线路。2）开启恒温水浴的电源开关，调节恒温槽水温，使温度为(45.00.1)℃。将铂电极伸入液面以下。3)Pt100铂电极的阻值在140~110Ω之间逐渐降低，所以比例臂系数Kr选0.1，比较臂Rs开始放在1300Ω。4）先按下B按钮，后点动按G按钮。即按下G按钮马上释放，观察指针偏转。若指针往“—”标记偏转，应该减小比较臂值，若指针往“+”标记偏转，增大Rs值。5）每次减小和增加比较臂Rs值，都要点动一下G按钮，知道检流计指针指零。读出Rs值与比例臂相乘得铂电极当前阻值Rt，并记下此时恒温水浴温度。6)本实验中，在45~80℃中，每读完阻值后上调5℃，共八组。7）试验完毕，切断电源。8）以Rt为纵坐标，T为横坐标，作图求出热电阻温度系数α。使用恒温水浴,可以提高测量精度,并简化实验操作步骤,有利于改进惠斯登电桥实验。参考文献[1]屠志淳.水浴锅在热学实验中的应用.物理实验，1999[2]葛松华、唐亚明.大学物理实验.化学工业出版社，2012[3]唐林、孟阿兰、刘天红.物理化学实验.化学工业出版社，2008