熱敏電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、大連理工大學(xué)成 績教師簽字大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告院（系） 材料學(xué)院 專業(yè) 材料物理 班級 0705 姓 名 童凌煒 學(xué)號 200767025 實(shí)驗(yàn)臺號 實(shí)驗(yàn)時間 2008 年 11 月 25 日，第14周，星期 二 第 5-6 節(jié)實(shí)驗(yàn)名稱 熱敏電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 教師評語 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：（1） 掌握電阻溫度計(jì)測量溫度的基本原理和方法。（2） 設(shè)計(jì)和組裝一個熱敏電阻溫度計(jì)。主要儀器設(shè)備：穩(wěn)壓電源， 自制電橋盒（如右下圖所示）， 直流單臂電橋箱和熱敏電阻感溫原件等。實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容：熱敏電阻溫度計(jì)的工作原理由于熱敏電阻的阻值具有隨溫度變化而變化的性質(zhì)， 我們可以將熱敏電阻作為一個感溫原件，

2、以阻值的變化來體現(xiàn)環(huán)境溫度的變化。 但是阻值的變化量以直接測量的方式獲得可能存在較大的誤差， 因此要將其轉(zhuǎn)化為一個對外部條件變化更加敏感的物理量； 本實(shí)驗(yàn)中選擇的是電流， 通過電橋可以將電阻阻值的變化轉(zhuǎn)化為電流（電壓）的變化。電橋的結(jié)構(gòu)如右圖所示， r1、r2、r3為可調(diào)節(jié)電阻， rt為熱敏電阻。 當(dāng)四個電阻值選擇適當(dāng)時， 可以使電橋達(dá)到平衡， 即ab之間（微安表頭）沒有電流流過， 微安表指零； 當(dāng)rt發(fā)生變化時， 電橋不平衡， ab間有電流流過， 可以通過微安表讀出電流大小， 從而進(jìn)一步表征溫度的變化。當(dāng)電橋不平衡時， 可以描繪成如右側(cè)的電路圖。 根據(jù)基爾霍夫定律和r1=r2的條件， 能夠求

3、得微安表在非平衡狀態(tài)下的電流表達(dá)式：式中， ucd為加載在電橋兩端的電壓， rg為微安表頭的內(nèi)阻值?？梢砸姷剑?為使ig為相關(guān)于rt的單值函數(shù)， r1、r2、r3和ucd必須為定值， 而其定制的大小則決定于以下兩個因素：1） 熱敏電阻的電阻-溫度特性。2） 所設(shè)計(jì)的溫度計(jì)的測溫上限t1和測溫下限t2。步驟與操作方法：1. 溫度計(jì)的設(shè)計(jì)（1） 測出所選擇的熱敏電阻rt-t曲線（或由實(shí)驗(yàn)室給出）。（2） 確定r1、r2、r3的阻值。 具體方法如下：該實(shí)驗(yàn)中， t1=20，t2=70, 對應(yīng)rt-t曲線可以得到rt1和rt2； rg由實(shí)驗(yàn)室給出， ucd取值為1.3v， 由微安表面板上可讀出igm=

4、50a。根據(jù)電橋關(guān)系， 有r1=r2， r3= rt1， rt= rt2， ig=igm；再將以上量代入關(guān)系式：， 計(jì)算得到r1和r2的值。2. 溫度計(jì)的調(diào)試（1） 將面板上的開關(guān)扳向下方， 將r1和r2調(diào)節(jié)到方才的計(jì)算值之后， 保持不變。（2） 將微安表接入電路， rt先用一個四位旋鈕式的電阻箱代替接入e、d兩點(diǎn)， 并鏈接其余電路和電源。（3） 將電阻箱調(diào)至rt1的計(jì)算值， 打開電源，調(diào)節(jié)r3使微安表指零，此時r3調(diào)節(jié)完畢， 有r3= rt1。（4） 將電阻箱調(diào)節(jié)至rt2，然后調(diào)節(jié)r，使微安表滿偏， ucd調(diào)節(jié)完畢。3. 溫度計(jì)的定標(biāo)（1） 調(diào)節(jié)電阻箱， 使其阻值分別為熱敏電阻在25，30，

5、3565一系列溫度下的阻值， 并記錄微安表的指針位置。（2） 去掉電阻箱， 接通r4， 調(diào)節(jié)r4阻值， 使微安表滿偏， 此時有r4= rt2， 調(diào)節(jié)完畢。 （3） 最后將面板開關(guān)扳向上方使熱敏電阻接入電路ed兩點(diǎn)， 此時熱敏電阻溫度計(jì)制作成功。4. 溫度的測量（1） 首先斷開熱敏電阻rt， 接通電源觀察微安表是否滿偏； 如果不滿偏則調(diào)節(jié)r4使其滿偏， 以校準(zhǔn)溫度計(jì)。（2） 重新將熱敏電阻接入電路中， 然后將其插入盛水的燒杯中， 測量水溫。 水溫通過溫控儀改變， 對比熱敏電阻溫度計(jì)測得的數(shù)據(jù)和溫控儀上顯示的溫度值， 并記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄與處理：在實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)如下：（1） 初始固定數(shù)據(jù)t1=2

6、0, rt1=4200; t2=70, rt2=875rg=3.94k, igm=50a, ucd=1.3vr3=rt1=4200代入公式得到r1=r2=7706（2） 溫度計(jì)的定標(biāo)數(shù)據(jù)t()2025303540455055606570ig(a)0.05.112.218.024.929.833.838.243.047.150.0r()4200362029722526216718281576135511651002875（3） 實(shí)際溫度測量數(shù)據(jù)溫控儀顯示溫度t=40.9， 微安表讀數(shù)ig=24.9a結(jié)果與分析：（1） t-ig表如數(shù)據(jù)記錄部分中表格所示。（2） 根據(jù)如上所示的t-ig關(guān)系表， 繪

7、制成如下的數(shù)據(jù)點(diǎn)圖， 并進(jìn)行指數(shù)型的擬合：并且可以得到該曲線的擬合方程 （3） 根據(jù)列表的數(shù)據(jù)， 刻畫出微安表的表度盤示意圖如下：（4） 計(jì)算實(shí)際溫度與所測溫度的百分比誤差：已知實(shí)際溫度為40.9時， 微安表的示數(shù)為24.9a；由t-ig數(shù)據(jù)表可以得到， 該電流對應(yīng)的溫度測量值為40;則測量值與真實(shí)值的百分誤差為討論、建議與質(zhì)疑：（1） 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果可見， 自行設(shè)計(jì)的溫度計(jì)的測量結(jié)果與實(shí)際溫度存在一定的誤差， 其原因可能有一下幾點(diǎn)引起：a） 電阻調(diào)節(jié)不精確。 用平衡電橋箱調(diào)節(jié)電阻時， 由于微安表靈敏度很大， 指針晃動，讀數(shù)不穩(wěn)定， 所以調(diào)節(jié)所得到的r1和r2與計(jì)算值之間存在一定的誤差； 調(diào)

8、節(jié)r3和r時， 微安表的讀數(shù)誤差也會導(dǎo)致這兩個電阻的調(diào)節(jié)誤差出現(xiàn)。b） 電路中的接觸電阻。 該實(shí)驗(yàn)電路為學(xué)生自行連接， 由于實(shí)驗(yàn)儀器長期使用， 各接觸點(diǎn)存在氧化， 磨損的情況， 可能會導(dǎo)致有接觸電阻， 從而導(dǎo)致電橋電路的參數(shù)與理論值出現(xiàn)偏差，繼而造成實(shí)驗(yàn)誤差。c） 熱敏電阻的儀器結(jié)構(gòu)。 本實(shí)驗(yàn)所用的熱敏電阻是套在玻璃管內(nèi)再裝入輻射加熱器中的， 這可能會導(dǎo)致熱敏電阻所處的環(huán)境溫度與加熱器所顯示的內(nèi)部溫度不一致， 從而導(dǎo)致測量誤差。d） 實(shí)驗(yàn)者操作造成的誤差。 由于熱敏電阻連線較短， 故進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時， 不得不將電橋盒拿在手里進(jìn)行讀數(shù)； 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)， 手的晃動會造成微安表頭的讀數(shù)不穩(wěn)定， 這也是造成實(shí)

9、驗(yàn)結(jié)果存在誤差的原因之一。（2） 根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的原理進(jìn)行引申， 從而推斷出， 使用非平衡電橋也可以測量電阻。 觀察數(shù)據(jù)記錄部分的t-ig表， 可以看到有一組r值沒有被使用。 而r和ig之間也存在一定的關(guān)系， 將各個數(shù)據(jù)對（r，ig）表現(xiàn)在平面坐標(biāo)上后， 在通過回歸模擬得到r-ig關(guān)系方程， 便達(dá)到了用電流值來表現(xiàn)電阻值的目的， 從而可以通過讀取微安表讀數(shù)tg測量電阻值。（測量時， 將熱敏電阻rt替換成待測電阻rx即可）（3） 關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的體會與建議。a) 由本實(shí)驗(yàn)的原理上， 我學(xué)到了一種實(shí)驗(yàn)思想， 即通過確切的可以測量的量來表示另一個不可精確測量的量； 本實(shí)驗(yàn)中即使用電流來表現(xiàn)電阻值的變化， 進(jìn)一步表現(xiàn)溫度的變化。 利用某一些原件的自身性質(zhì)能夠隨外界某種環(huán)境因素的變化而變化的特點(diǎn)， 便可以制作某種特定的儀器來達(dá)到這種“不變測量的物理量向便于測量的物理量轉(zhuǎn)化”的測量思想， 這在許多實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)， 乃至生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中， 都是有一定意義的。b) 從實(shí)驗(yàn)操作的過程中我認(rèn)識到了實(shí)驗(yàn)電路連接細(xì)致的重要性。 本實(shí)驗(yàn)中電路連接錯誤或者連接中存在接觸不良等現(xiàn)象， 都會導(dǎo)致最終測量結(jié)果存在較大的偏差甚至導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法完成； 因此說明了電路連接的正確性在涉及電方面內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)中的重要性， 這是不容忽視的， 實(shí)驗(yàn)中可能只是導(dǎo)致結(jié)果錯誤， 而實(shí)際生產(chǎn)中