用熱敏電阻測(cè)量溫度2

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：葉洪波學(xué)號(hào)：pb05000622實(shí)驗(yàn)名稱用熱敏電阻測(cè)量溫度實(shí)驗(yàn)?zāi)康臒崦綦娮枋怯蓪?duì)溫度非常墩感的半導(dǎo)體陶瓷質(zhì)工作體構(gòu)成的元件。木實(shí)驗(yàn)旨在了解熱敏電阻-溫度特性和測(cè) 溫原理，掌握惠斯通電橋的原理和使用方法。學(xué)習(xí)坐標(biāo)變換、曲線改直的技巧和用異號(hào)法消除零點(diǎn)課差等方法。 實(shí)驗(yàn)儀器熱敏電阻，變壓器，水銀溫度計(jì)，電爐，有蓋的水杯，惠斯通電橋，檢流計(jì)實(shí)驗(yàn)原理1. 半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻一一溫度特性某些金屬氧化物半導(dǎo)體（如：feq、mgcm。等）的電阻與溫度關(guān)系滿足式（1）：b心=r0（1）式中rt是溫度t時(shí)的熱敏電阻阻值，rs是t趨于無(wú)窮時(shí)熱敏電阻的阻值，b是熱墩電阻的材料常數(shù)，t為熱 力學(xué)溫度。

2、金屈的電阻與溫度的關(guān)系滿足（2）：r* =尺/1 +。（2 - 耳）式中a是與金屬材料溫度特性有關(guān)的系數(shù)，氐、乩2分別對(duì)應(yīng)于溫度b、t2時(shí)的電阻值。電阻的溫度系數(shù)町由式（3）來(lái)決定：& dt熱敏電阻的電阻-溫度特性與金屬的電阻-溫度特性比較，有三個(gè)特點(diǎn)：（1）熱敏電阻的電阻-溫度特性是非線性的（呈指數(shù)下降）。（2）熱敏電阻的阻值隨溫度的增加而減小，溫度上升會(huì)使半導(dǎo)體的電阻值迅速下降。因此溫度系數(shù)是負(fù)的（aoc-）o熱敏電阻的溫度系數(shù)約為-（3060） xiovot2（3）半導(dǎo)體電阻對(duì)溫度變化的反應(yīng)比金屬電阻靈敏得多。20406080 "c熱敏電阻的電陰沮度曲線2. 惠斯通電橋

3、的工作原理半導(dǎo)體熱敏電阻和金屬電阻的阻值范圍，一般在110°q,需要較精確測(cè)量時(shí)常用電橋法，惠斯通電橋是應(yīng)用很廣泛的-種儀器。惠斯通電橋的原理,如圖3. 5. 2-2 (a)所示。四個(gè)電阻r。、乩、&、e組成一個(gè)四邊形,即電橋的四個(gè)臂, 其中乩就是待測(cè)電阻。在四邊形的一對(duì)對(duì)角a和c z間連接電源e,而在另一對(duì)對(duì)角b和d z間接入檢流計(jì)go當(dāng)b和d兩點(diǎn)電位相等時(shí)，g屮無(wú)電流通過(guò)，電橋便達(dá)到了平衡。平衡時(shí)必百r、=且&), ri/&和r°都己知,r2&即可求出。ri/r2稱電橋的比例臂，由一個(gè)旋鈕調(diào)節(jié)，它采用十進(jìn)制i古i定值，共分0.001、0.

4、01、0.1、1、10、100、1000 七擋。ro為標(biāo)準(zhǔn)可變電阻,最小改變量為1q,保證結(jié)構(gòu)有四位有效數(shù)字。(b) ffe圖3.5.2-2蠱幣通電r =hr°是在電橋平衡的條件下推導(dǎo)出來(lái)的。電橋是否平衡是rh檢流計(jì)有無(wú)偏轉(zhuǎn)來(lái)判斷的，而檢流計(jì)的靈敏 r?度總是有限的。假設(shè)電橋在r./r2=l時(shí)調(diào)到平衡，則有rfr。，這時(shí)若把ro改變一個(gè)微小量a ro,電橋便失去平衡 從而有電流ig流過(guò)檢流計(jì)，如果ig小到檢流計(jì)察覺(jué)不出來(lái)，那么人們?nèi)匀粫?huì)認(rèn)為電橋是平衡的，因而得到 r =ro+mo,就是由于檢流計(jì)靈敏度不夠高而帶來(lái)的測(cè)量課差，引入電橋靈敏度s,定義為：(4)ah式中a乩指的是在電橋平衡

5、后乩的微小改變量（實(shí)際上待測(cè)電阻&若不能改變，可通過(guò)改變標(biāo)準(zhǔn)電阻r。來(lái)測(cè)電 橋靈敬度），越大，說(shuō)明電橋靈敏度越高，帶來(lái)的測(cè)最課差就越小。通?？梢杂X(jué)察出丄格的偏轉(zhuǎn)，也就是說(shuō),2電橋平衡后，只耍氏改變0.5%就可以察覺(jué)出來(lái)。這樣，由于電橋靈敏度的限制所帶來(lái)的測(cè)量誤差肯定小于0.5%。電橋的測(cè)量誤差，除了檢流計(jì)靈敏度的限制外，還冇橋臂電阻出、r?和r。的不確定度帶來(lái)的誤差。一般來(lái)說(shuō), 這些電阻可以制造的比較精確（謀差為0.2%）,標(biāo)準(zhǔn)電阻的謀差為0.01%左右。另外，電源電壓的謀差，也對(duì)電 橋的測(cè)址結(jié)果有影響。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 按圖3. 5. 2-3接線，先將調(diào)壓器輸出調(diào)為零，測(cè)室溫下的熱敏電阻

6、阻值，注意選擇惠斯通電橋合適的量程。先調(diào)電橋至平衡得ro,改變r(jià)（）為r°+ar。,使檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)一格，求出電橋靈敏度；再將r。改變?yōu)閞o-a ro,使檢流計(jì)反方向偏轉(zhuǎn)一格，求電橋靈敏度。求兩次的平均值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):惠斯通電橋水銀溫度計(jì)水電爐圖3.5.2-3測(cè)量裝置原理圖室溫檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)格數(shù)an28. 0°c電阻 r （ q ）計(jì)算過(guò)程及結(jié)果：15041498-11508檢流計(jì)的靈敏度s二* （1504-1498）/1504 +(1508-1504)/1504 a313*332.特性曲線。在t=50°c的點(diǎn)作切線,市式（3）求出該點(diǎn)切線的斜率竽及電阻溫度系數(shù)調(diào)節(jié)變圧器輸出

7、進(jìn)行加溫，從30°c開(kāi)始每隔5°c測(cè)量一次h直到95°co然后繪制出熱敏電阻的rt-t實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):t/°ct/kr'/k-1rt/q303030.0033001350353080.0032471143403130.003195921453180.003145808503230.003096679553280. 003049573603330.003003493653380.002959420703430.002915370753480. 002874320803530. 002833280853580.002793249903630.0027552

8、21953680.002717196作r-v曲線并擬合如下:data: datal_bmodel: exp2pmodlequation: ri-aeb 1rr=r»eb/tchi"2/dofr"296. 461040. 99932parametervalueerrorre®a0.019740. 00184b =b3373. 2629.38357計(jì)算過(guò)程及結(jié)果：dr/dr=-t2dr/dt dr/dt =-(dr/dfl)/t2=-r.beb/t/t2=-roobeb*1/<273+50>/ (273+50)2=-0. 01974*3373.

9、26*e3373 26*l/(273+50)/ (273+50)2二-21.905646 (q/k)a = =l/(r-eb/t) * dr/dt二 1/(0. 01974*e3373 26/323)*(-21. 905646) =-0. 0323 (k_,) rt dt3. 作線，確定式（1）中的常數(shù)rr利b,再巾式（5）求a （50°c時(shí)）。1 drrbza =l =-(5)rt dtt2brt = r0lnrr 二 b*t“+lnrs實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：t/°ct/kt-l/k-1r/ qinr/inq303030. 00330013507. 20786353080. 0032

10、4711437. 041412403130.0031959216. 82546453180.0031458086. 694562503230.0030966796. 520621553280. 0030495736. 350886603330.0030034936.200509653380.0029594206.040255703430.0029153705.913503753480.0028743205. 768321803530.0028332805. 63479853580.0027932495.517453903630.0027552215. 398163953680.00271719

11、65. 278115作ihrt-t-1曲線并擬合如下:6.5-x blinear fit of datal b<趙三二u 一57.6.0-5.5 -0.00270.00280.00290.00300.00310.0032ni. rl/k'10.0033lnrt-r曲線lnr=b*t_1+lnreoparametervalueerrorinrg-3. 773660. 0678b3324. 2562422. 6247rsdnp0. 999720.0152814<0. 0001計(jì)算過(guò)程及結(jié)果：rs二/心二，3 77366 二0 023(q)b=3324. 25624(e)a =-

12、b/t =-3324. 25624/(273+50) 2=-0. 0319(")4 比較式(3)和(5)兩個(gè)結(jié)果，試解釋那種方法求出的材料常數(shù)b和電阻溫度系數(shù)a更準(zhǔn)確。答：(5)的結(jié)果更準(zhǔn)確分析：(3)的結(jié)果既冇r®的誤差的影響，又有b的誤差的影響；而(5 )的結(jié)果只有b的謀差的影響。而且直線擬合的誤差比曲線擬合的誤差小，因而結(jié)來(lái)更加精確。5.注意事項(xiàng)在升溫時(shí)要盡量慢（調(diào)圧器輸出要小一些），升溫過(guò)程中，電橋要跟蹤，始終在平衡點(diǎn)附近。思考題1、檢流計(jì)按下短路為何止動(dòng)？答：按下短路，就將檢流計(jì)兩端接通，檢流計(jì)被短路，使得檢流計(jì)小無(wú)電流通過(guò)，因而止動(dòng)。2、電橋的比率臂選1有何優(yōu)點(diǎn)（結(jié)介本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）？答：心= r本實(shí)驗(yàn)中溫度從3 0 °c變化到9 5。5寸，熱敏電阻的阻值變化為1 3 5 0 q1 9 6 q。 尺2即rx= 1 3 5 0 q1 9 6 q?？勺冸娮鑢。阻值的變化范圍為：ro = rx/ （r2/ri） =rx/電橋的比率臂（1）如果電橋的比率臂=0. 1,那么r。的變化范圍為1 3 5 0 0 q1 9 6 0 q，超出了 r。的量程,將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。*同樣地，如果選擇小于0.1 （即