热敏电阻改装温度计设计性实验报告

大学物理试验设计性试验试验报告试验题目：热敏电阻改装温度计姓名：李靖子班级：2011级一班学号：2011012672指导教师：热敏电阻改装温度计一、实验目的1.了解半导体2.设计测量温度范围为40°C—80°C的热敏电阻温度计。0.掌握用热敏电阻测量温度的原理和基本方法，通过试验会用热敏电阻改装温度计4.进一步掌握惠斯通电桥的原理及特点及非平衡电桥的输出特性。5.熟悉实验常用仪器的使用。二、实验仪器惠斯通电桥，电阻箱，表头，热敏电阻，电子温度计，滑动变阻器，微安表，加热电炉，保温瓶，烧杯等三、实验原理1.热敏电阻的温度特性热敏电阻是利用半导体电阻值随温度呈显著变化的特性制成的一种热敏元件。热敏电阻是具有负的电阻温度系数，电阻值随温度升高而迅速下降，这是因为热敏电阻由半导体制成，在这些半导体内部，自由电子数目随温度的升高增加的很快，导电能力很快增强，虽然原子振动也会加剧并阻碍电子的运动。但这样作用对导电性能的影响远小于电子被释放而改变导电性能的作用，所以温度上升会使电阻下降。这样就可以测量电桥非平衡时通过桥路的电流大小来表征温度的高低。热敏电阻温度计的设计电路图如图2示。取R2＝R0，R1值等于测温范围最低温度（40℃）时热敏电阻的阻值。R4是校正满刻度电流用的。取R4值等于测温范围最高温度（80℃）时热敏电阻的阻值。测量时首先把S2接在R4端，改变W使微安表指示满刻度，然后再把S2接在Rt端，如果在0℃时，RT＝R1，R0＝R2，电桥平衡，微安表指示为零。温度越高，Rt值越小，电桥越不平衡，通过表头的电流也就越大。反过来可以用通过表头的电流来表示被测温度的高低。2.惠斯通电桥原理电桥平衡时，B、D之间的电势相等，测量未知电阻时利用电桥法可以减小实验误差。如图1所示即惠斯通电桥的电路图：BD称为桥路Rt、R1、R2、R0为四个桥臂。由于电桥采取将待测电阻与标准电阻相比较的方法，同时，作为作平衡指示器的检流计只用来判断有无电流，并不需要提供读数，具有较高的灵敏度，因此用它测量电阻，能得到较为准确的。当电桥平衡时B、D两点的电位相等,据两端为等电势的电路中不会存在电流的事实B、D间的检流计G用来判断这两点是否为等电势。闭合开关K1、K2Ig=0有UB=UD,UAB=UAD,UBC=UDC（1）由于Ig=0,所以I1=ItI2=I0（2）有I1R1=I2R2ItRt=I0R0（0可得RtR2=R1R04或Rt=错误!未找到引用源。R0(5)式(5)即为惠斯通电桥的平衡条件，也是用来测量未知电阻的原理公式。根据它的形式我们称Rt为待测电阻。欲测Rt，只要选择恰当的R1、R2、R0阻值，使电桥平衡，就可用式(5)求得其阻值。这个关系式是由“电桥平衡”推出的结论。反之，也可以由这个关系式推证出“电桥平衡”来。由于要用热敏电阻改装成温度计必须知道热敏电阻的温度特性,所以可以用平衡电桥来测出不同温度下热敏电阻的阻值。3.热敏电阻的理论电阻—温度特性曲线如图2所示：四、实验内容与步骤：1、电阻—温度特性测定(1)用热敏电阻代替图1所示惠斯通电路中的Rt后接通电源，合上开关（先合K1，再合K2）。(2)首先校准检流计的机械零点。(3)把热敏电阻放入烧杯中，用加热电炉加热烧杯中的水，并用水银温度计测量水温。(4)选择恰当的倍率（21RR的值），接通电源，通过调节R0的阻值，使电桥平衡，记录R0的阻值，逐步升高水温，测出不同温度下的热敏电阻阻值。(5)从40℃开始，每隔5℃测量一组数据，读取不同温度时的观察数据，直到80℃为止。(6)从80℃开始逐步降低水温，每隔5℃测量一次数据，直到40℃为止。(7)算出升降温时各温度下Rt的平均值，根据式（5）算出对应温度下热敏电阻的阻值。(8)根据测得的数据绘制热敏电阻的电阻—温度特性曲线图。标准温度T(℃)热敏电阻阻值R（Ω）电阻平均值R（Ω）升温降温4045505560657075802、用热敏电阻改装温度计1、按图1接好电路，先将K2接在Rt上，取R2＝R0，R1值等于测温范围最低温度（40℃）时热敏电阻的阻值。调节R0使Rt的值等于热敏电阻在80℃时的阻值时，微安表指针满偏。保持R0不变，通过调节Rt的阻值等于不同温度下热敏电阻的阻值（40℃到80℃），对微安表进行定标。2、定标后保持电路中各电阻阻值不变，把K2接在热敏电阻上，把热敏电阻放在烧杯中加热,并用水银温度计测量水温。3、热敏电阻在40℃时，因为RT＝R1，R0＝R2，电桥平衡，微安表指示为零。4、测量时，观察水银温度计,从40℃开始到80℃为止,每隔5℃读取微安表的指示值并与水银温度计的值比较。升降温各测一次。3、温度校正1、用改装后的热敏电阻温度计测量多次不同温度的热水的温度，从40℃到80℃水银温度计每隔4℃读取一个对应温度下热敏温度计的指示值，分别记下用水银温度计和热敏温度计测的数据，将水银温度计测出的热水温度作为标准值。2、根据测得的数据绘制出温度校正曲线图。作图时以热敏温度计的指示值作为横坐标轴，以偏差作为纵坐标轴。水银温度计读数T0(℃)4044485256606468727680热敏电阻读数（升）（℃）热敏电阻读数（降）（℃）热敏电阻读数平均值Tt∆T=T0-Tt4、注意事项：(1)接通电源前，电阻箱须调到预计值，以防通过检流计的电流过大，损坏检流计。(2)B、G开关应短时间接通（一般以0秒为宜），通电时间长会导致电阻发热，引起阻值变化，接通时间过短会使测量数据误差过大。(实验经验告诉我，电阻的热效应是非常明显的，所以要每次快速调节，避免热效应引起的变化)(3)进行试验时动作要迅速，以防水温发生变化，导致试验误差过大。五、实验过程，数据记录及处理热敏电阻温度特性曲线实验电路图热敏电阻与电子温度计保温瓶装置标准温度T(℃)热敏电阻阻值R（Ω）电阻平均值R（Ω）升温降温40115.6115.5115.5545117.0117.1117.0550119.4119.4119.455121.3121.4121.3560123.2123.3123.2565125.1125.2125.1570127.1127127.0575128.9129128.9580130.9130.9130.9水银温度计读数T0(℃)4044485256606468727680热敏电阻读数（升）（℃）40.2644.3148.0351.9155.8360.0164.0368.1372.2375.9480.00热敏电阻读数（降）（℃）40.1944.2948.1352.1355.9260.1864.4167.8672.1276.1280.02热敏电阻读数平均值Tt40.22544.3048.0852.0255.87560.09564.2267.99572.17576.0380.01∆T=Tt-T00.2250.30.080.02-0.1250.0950.22-0.0050.1750.030.01温度计定级：由温度校正数据表数据和公式△T=T0－Tt得：40℃时为最高温差△T=T0-Tt=0.225（℃）而改装后的量程为Xm=40℃。由准确度等级公式：S=XmXm100%可求得S为:S=0.225÷40×100％=0.5625所以改装后仪器的准确度等级为：S＝1六、试验结果：改装后的热敏电阻温度计能较为准确的测出改装范围内的水温，但某些点的误差较大。思考题：如何才能提高改装热敏电阻温度计的精确度？答：用电桥测量热敏电阻的阻值时，应迅速找出平衡点、缩短测量时间；适当选定测量温度的间隔。具体方法为：要测热敏电阻在某一温度时的电阻时，在水温接近这点时先调电桥平衡，待水温达到需要的温度时再进行微调即可。心得体会：通过实验，我觉得做好一个实验不仅要有扎实的理论基础，也必须具备一定的动手能力。同时做好一个实验也要有耐心。通过本次实验，我对热敏电阻的温度特性和惠斯通电桥原理及其运用有了进一步的了解。并学会了如何运用热敏电阻改装成温度计。通过试验我还发现了以下一些问题：1、测量时操作一定要迅速，否则测出的数据误差较大。2、热敏温度计的阻值较低，通过桥式电路的电流比较大，接通时间过长会引起实际温度的变化，因此，用电桥法测量热敏电阻阻值时，应迅速找出平衡点，缩短测量时间。具体方法为：要测热敏电阻在某一温度时的电阻时，在水温接近这点时先调电桥平衡，待水温达到需要的温度时再进行微调即可。3、接通桥路中的B，G开关时间不宜过长也不宜过短，一般按下3秒左右，接通时间过短不能确保电桥是否已经平衡，接通时间过长会导致电阻发热，引起阻值变化。4、最重要的是最低温度（40℃）和最高温度（80℃）时的观测数据，若不测出它们就无法准确的进行定标和分析。5、在这次实验的开始，本来我是觉得热敏电阻的实验简单所以选择了这个课题。本来我的初衷是想偷懒的，但是当我真真着手开始进行这个实验的时候，我发现，其实并不简单！动手操作之后从原本看似简单的理论到实际操作记录实验数据。考的就是一个人的所有能力！我很喜欢这样的实验过程，给与我的远比书本上学得多。遇到我不会的问题，通过问老师，上网搜索、提问等等方式解决。最后通过本次实验，我的收获实在颇多。对于惠斯通电桥我有了更为彻底的理解，以及热敏电阻的特性，我都有了更为清晰的了解；而且我学会了WPS和world的数据处理、图表制作，还有在文档中怎么打出特殊数学符号，物理单位符号。谢谢老师的辛苦工作，还有学院领导提供给我们的良好的实验环境，让我们学能践行。如果还有一次设计性实验，我一定会做得更好！