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1、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热敏电阻改装温度计一、实验目的1. 了解半导体和研究热敏电阻的温度特性2. 设计测量温度范围为40C80C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
2、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= Ro, Ri 值等于测温范围最低温度（40 C）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（
3、80 C）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0C时，Rt = Ri, Ro= 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R t、R i、R 2、R o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
4、 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 实图中跨越在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Ki、K2如果检流计示数为零值桥路电流Ig=0 桥路达到平衡 有 Ub=Ud,Uab=Uad,Ubc=Udc（1）由于 Ig=0,所以 Il =It|2=|0（2）有 IiRi=l2R2ItRt =IoRo（0） 可得RtR2=RiRo（4） 或Rt譬 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
5、的R i、R 2、R 0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。惦序I U3. 热敏电阻的理论电阻一温度特性曲线如 图2所示：温度:4563$r电阳值(0)0100.00100.39100.78101.17101.561Q1.95102.34102.73103.12103.511010390104.29104.6S105.07105.46105.85106.2410663107.02107.40
6、20107.7910S.18108.57108613510.73110 12110.5111090111.2930111 67112(X511245112.8i113.221136111400114.381H77115 1540115.S4169311631115 70117.08117.47117.S6118.24118.65119.0150119.40119 78120 17120.55120.94121.32121.71122.0912247122.8660123.24123.63124.01124.3124.78125.16125.5412512631126.6970127.08127
7、 46127 84128.22128.01128.9912937129 7513013130.5280130.90131.2S131.66K2.O4132.42132.80133 18133.S7L33卫51S4.339013471135.09135.47135,35136.23366113(5.991373713Z75133.13PH2四、实验内容与步骤：1、电阻一温度特性测定(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 K,再合K；)。(2) 首先校准检流计的机械零点。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
8、倍率(R的值)，接通电源，通过 R2调节R)的阻值，使电桥平衡，记录 R)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 C开始，每隔5 C测量一组数据，读取 不同温度时的观察数据，直到 80 C为止。(6)从80C开始逐步降低水温，每隔 5C测量一 次数据，直到40 C为止。算出升降温时各温度下 R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一温度热敏电阻阻值R (Q) 升温降温电阻平均值R( ?)特性曲线图标准温度T( C)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，
9、取R =R), R值等于测温范围最低温度(40C)时热敏电阻的阻值。调节 R使R的值等于热敏电阻 在80 C时的阻值时，微安表指针满偏。保持R0不变，通过调节R的阻值等于不同温度下热敏电 阻的阻值（40C到80C）,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40C时，因为Rt= R, R）= R,电桥平衡，微安表指示为零。4、测量时，观察水银温度计,从40 C开始到80C为止,每隔5C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
10、多次不同温 度的热水的温度，从40 C到80 C水银温度计每 隔4C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 4044485256606468727680 数 Tc) 热敏电阻读数(升) (C)热敏电阻读数(降) (C)热敏电阻读数平均值Tt?T=To-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)，
11、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40115.6115.5115.5545117.0117.1117.0550119.4119.4119.455121.3121.4121.3560123.2123.3123.2565125.1125.2125.1570127.1127127.0575128.9129128.95
12、80130.9130.9130.9水银温度计读4044485256606468727680数 Tc( C)热敏电阻读数40.44.48.51.55.60.6468.72.75.80.(升) (C)2631039183010313239400热敏电阻读数40.44.48.52.55.60.6467.72.76.80.(降) (C)1929131392184186121202热敏电阻读数40.44.48.52.55.60.6467.72.76.80.平均值Tt2253008028750952299517503010.2cc0.00.0-0.0.00.2-0.0.10.00.0?T=Tt-To250
13、.3 门821259520057531标准温度TC)热敏电阻阻值R (Q) 升温降温电阻平均值R( ?)电阻温度特性曲线50t r)1004 3O.O.-U热敏电阻校准曲线水银温度il跚T0CC)温度计疋级：由温度校正数据表数据和公式厶T=T0 Tt 得：40 C时为最高温差 T=T0-Tt=0.225(C)而改装后的量程为Xm=4C。由准确度等级 公式：S= 100% 可求得S 为:S=0.225 十 40 X 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，
