大學(xué)物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 《用熱敏電阻改裝溫度計(jì)》1

1、評(píng)分：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目：用熱電阻改裝溫度計(jì)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：_指導(dǎo)教師：實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)7用熱敏電阻改裝溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)提要實(shí)驗(yàn)課題及任務(wù)熱敏電阻是阻值對(duì)溫度變化非常敏感的一種半導(dǎo)體。不同于導(dǎo)體的阻值溫度特性（溫度升高，阻值增大），半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值溫度特性是當(dāng)溫度升高，阻值降低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于半導(dǎo)體中的載流子數(shù)目隨著溫度升高而按數(shù)激烈地增加，載流子的數(shù)目越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，電阻率就越小。熱敏電阻溫度計(jì)是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度急劇變化的特性而制作的，以半導(dǎo)體熱敏電阻為傳感器，通過(guò)測(cè)量其電阻值來(lái)確定溫度的儀器?？梢岳眠@種“非平衡電橋”的電路原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。用

2、半導(dǎo)體熱敏電阻作為傳感器，設(shè)計(jì)制作一臺(tái)測(cè)溫范圍為40C90C的半導(dǎo)體溫度計(jì)。用熱敏電阻改裝溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)課題任務(wù)是：根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)把所給的熱敏電阻改裝成熱敏溫度計(jì)。學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)的知識(shí)，并在圖書(shū)館或互聯(lián)網(wǎng)上查找資料，設(shè)計(jì)出用熱敏電阻改裝溫度計(jì)的整體方案，內(nèi)容包括：（寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)原理和理論計(jì)算公式，研究測(cè)量方法，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟。），然后根據(jù)自己設(shè)計(jì)的方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，記錄數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)處理，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，按書(shū)寫(xiě)科學(xué)論文的要求寫(xiě)出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。設(shè)計(jì)要求（1）通過(guò)查找資料，并到實(shí)驗(yàn)室了解所用儀器的實(shí)物以及閱讀儀器使用說(shuō)明書(shū)，了解儀器的使用方法，找出所要測(cè)量的物理量，并推導(dǎo)出計(jì)算公式，在此

3、基礎(chǔ)上寫(xiě)出該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理。選擇實(shí)驗(yàn)的測(cè)量?jī)x器，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟，要具有可操作性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況自己確定所需的測(cè)量次數(shù)。實(shí)驗(yàn)儀器惠斯通電橋，電阻箱，表頭，熱敏電阻，水銀溫度計(jì)，加熱電爐，燒杯等實(shí)驗(yàn)所改裝的溫度計(jì)的要求（1）要求測(cè)量范圍在40C80C。（2）定標(biāo)時(shí)要求測(cè)量升溫和降溫中同一溫度下熱敏溫度計(jì)的指示值（自己確定測(cè)量間隔，要達(dá)到一定的測(cè)量精度）。（3）改裝后用所改裝的溫度計(jì)測(cè)量多次不同溫度的熱水的溫度，同時(shí)用水銀溫度計(jì)測(cè)出此時(shí)的熱水溫度（作為標(biāo)準(zhǔn)值），繪制出校正曲線。評(píng)分參考（10分）正確寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)原理和計(jì)算公式，2分。正確的寫(xiě)出測(cè)量方法，1分。寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟，1分。正確的聯(lián)接儀

4、器、正確操作儀器，2分。正確的測(cè)量數(shù)據(jù)，1.5分。寫(xiě)出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，2.5分。（其中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，1分；實(shí)驗(yàn)結(jié)果，0.5分；整體結(jié)構(gòu)，1分）學(xué)時(shí)分配實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收，4學(xué)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成；教師指導(dǎo)（開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室）和開(kāi)題報(bào)告1學(xué)時(shí)。提交整體設(shè)計(jì)方案時(shí)間學(xué)生自選題后23周內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)整體設(shè)計(jì)方案并提交。提交整體設(shè)計(jì)方案,要求電子版。用電子郵件發(fā)送到指導(dǎo)教師的電子郵箱里。思考題如何才能提高改裝熱敏溫度計(jì)的精確度？用熱敏電阻改裝溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解熱敏電阻的特性；掌握用熱敏電阻測(cè)量溫度的基本原理和方法；進(jìn)一步掌握惠斯通電橋的原理及應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)儀器：惠斯通電橋，電阻箱，熱敏電阻，水銀溫度計(jì)，滑動(dòng)變阻器，微安表，

5、加熱電爐，燒杯等實(shí)驗(yàn)原理：惠斯通電橋原理惠斯通電橋原理電路圖如圖1所示。當(dāng)電橋平衡時(shí)，B，D之間的電勢(shì)相等,橋路電流I二0，B,D之間相當(dāng)于開(kāi)路，貝UUB=UD;I1=I,I2=Io;BD1x20于是IR=IR,IR=IR由此得R/R=R/R1恵斯通電橋原理圖11221X201X20或RX=R0R1/R2(1)(1)式即為惠斯通電橋的平衡條件，也是用來(lái)測(cè)量電阻的原理公式。欲求RX，調(diào)節(jié)電橋平衡后，只要知道Xr1?r2,r0的阻值，即可由式求得其阻值。2熱敏電阻溫度計(jì)原理熱敏電阻是具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，電阻值隨溫度升高而迅速下降，這是因?yàn)闊崦綦娮栌砂雽?dǎo)體制成，在這些半導(dǎo)體內(nèi)部，自由電子數(shù)目隨溫度

6、的升高增加的很快，導(dǎo)電能力很快增強(qiáng)，雖然原子振動(dòng)也會(huì)加劇并阻礙電子的運(yùn)動(dòng)。但這樣作用對(duì)導(dǎo)電性能的影響遠(yuǎn)小于電子被釋放而改變導(dǎo)電性能的作用，所以溫度上升會(huì)使電阻下降。這樣我們就可以測(cè)量電橋非平衡時(shí)通過(guò)橋路的電流大小來(lái)表征溫度的高低。熱敏電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì)電路圖如圖2示取R2=R3,R值等于測(cè)溫范圍最低溫度（40C）時(shí)熱敏電阻的阻值。R4是校正滿刻度電流用的。取R4值等于測(cè)溫范圍最高溫度（80C）時(shí)熱敏電阻的阻值。測(cè)量時(shí)首先把S2接在R4端，改變W使微安表指示滿刻度，然后再把S2接在RT端，如果在40C時(shí)，Rt=R,R3=R2,電橋平衡，微安表指示為零。溫度越高，Rt值越小，電橋越不平衡，通過(guò)表頭的

7、電流也就越大。反過(guò)來(lái)可以用通過(guò)表頭的電流來(lái)表示被測(cè)溫度的高低。3.熱敏電阻的電阻一溫度特性曲線如圖3所示：圖3熱敏電阻的電阻一溫度特性曲線圖可以看出其阻值隨溫度升高而很快減小，用它來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)溫計(jì)或傳感器是很靈敏的。為了用它來(lái)制作測(cè)溫計(jì)，首先要測(cè)定它的電阻一溫度特性。實(shí)驗(yàn)步驟：1電阻一溫度特性的測(cè)定1）.把上述熱敏電阻接在圖1所示的電橋臂中，圖中檢流計(jì)用50微安的微安表,R0為電阻箱，取R=R2，即取倍率為1。2）.把熱效電阻放在燒杯中，加熱燒杯中的水，用0.2C分度值的水銀溫度計(jì)測(cè)量水溫。3）.接通電橋電源，再調(diào)節(jié)R0,使電橋平衡，逐步提高水溫，測(cè)出不同溫度下的熱敏電阻阻值（從40C開(kāi)始至80C

8、,每隔5C測(cè)量一次）。4）.逐步降低水溫，重復(fù)3）操作，并取升溫過(guò)程和降溫過(guò)程中在該溫度下的電阻的平均值為熱敏電阻在該溫度時(shí)的阻值。2用熱敏電阻改裝溫度計(jì)1）取R2=R3,R值等于測(cè)溫范圍最低溫度（40C）時(shí)熱敏電阻的阻值。R4是校正滿刻度電流用的。取R4值等于測(cè)溫范圍最高溫度（80C）時(shí)熱敏電阻的阻值。2）先把S2接在R4端，改變W使微安表指示滿刻度，然后再把S2接在Rt端，如果在40C時(shí)，Rt=R,R3=R2，電橋平衡，微安表指示為零。3）定標(biāo)時(shí)，每升高（降低）5C時(shí)，用阻值相當(dāng)?shù)碾娮璐鏌崦綦娮?，以減少因溫度不穩(wěn)定而造成的誤差。4）定標(biāo)后，微安表上共有40小格，每一小格表征1C，零刻度處

9、表征40C，滿偏處表征80C。3、溫度校正1、用改裝后的熱敏電阻溫度計(jì)測(cè)量多次不同溫度的熱水的溫度，測(cè)量時(shí)，從40C開(kāi)始每隔4C取一組觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)用水銀溫度計(jì)測(cè)出此時(shí)的熱水溫度（作為標(biāo)準(zhǔn)值）。2、根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制出溫度校正曲線。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):表1電阻一溫度特性測(cè)定數(shù)據(jù)表標(biāo)準(zhǔn)溫度T(C)熱敏電阻阻值R(Q)阻值平均值R()升溫降溫405213517351934544534475446450389638683882553366334033536028862898289265252625302528702178222622027519241916192080167217161694表2溫度校正數(shù)據(jù)

10、表熱敏溫度計(jì)讀數(shù)T(C)40.343.548.251.456.860.563.368.672.776.479.6水銀溫度計(jì)讀數(shù)T(C)4044485256606468727680T=TT(C)t-s+0.3-0.5+0.2-0.6+0.8+0.5-0.7+0.6+0.7+0.4-0.4數(shù)據(jù)處理：根據(jù)表1繪制熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線；根據(jù)表2繪制溫度校正曲線圖(見(jiàn)坐標(biāo)紙)思考題：如何才能提高改裝熱敏溫度計(jì)的精確度？答：給熱敏電阻加熱時(shí)應(yīng)不斷攪拌電熱杯中的水，使熱敏電阻均勻受熱用電橋測(cè)量熱敏電阻的阻值時(shí)，應(yīng)迅速找出平衡點(diǎn)、縮短測(cè)量時(shí)間；選定適當(dāng)?shù)臏y(cè)量溫度間隔，定標(biāo)時(shí)用阻值相當(dāng)?shù)亩ㄖ惦娮璐嬖诖?/p>

11、溫度下的熱敏電阻。心得體會(huì):通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我覺(jué)得耐心是做好本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵因素,同時(shí)在做實(shí)驗(yàn)報(bào)告的過(guò)程中又讓我重溫了計(jì)算機(jī)的基本操作此實(shí)驗(yàn)使我了解了熱敏電阻的溫度特性，并學(xué)會(huì)了如何用熱敏電阻改裝溫度計(jì)，并用改裝后的溫度計(jì)測(cè)量不同溫度的水溫。此外，我在做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)以下一些問(wèn)題：1、測(cè)量時(shí)電橋電路中的電流不能超過(guò)一定值，這是由熱敏電阻伏安特性決定的。當(dāng)電流I上升到一定值后，它兩端的電壓U反而下降，這是由于通過(guò)熱敏電阻的電流過(guò)大使它本身發(fā)熱造成的。設(shè)計(jì)熱敏電阻溫度計(jì)應(yīng)避免它進(jìn)入特性的這一階段。2、熱敏電阻溫度計(jì)的電阻較低，接入橋式電路將通過(guò)相當(dāng)大的電流，這會(huì)引起實(shí)際溫度的變化。因此，用電橋測(cè)量它的電阻值時(shí)，應(yīng)迅速找出平衡點(diǎn)、縮短測(cè)量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)報(bào)告51015ifSS:HI訂Eeshsris!:E：I+t11:.-：i4-L亠卜“:-mIKiESHtt