《用热敏电阻改装温度计》.docx
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《用热敏电阻改装温度计》
评分：
大学物理实验设计性实验
实验报告
实验题目：
用热电阻改装温度计
班级：
电信06-1
姓名：
欧伯辉学号：
06034030127
指导教师：
邓锂强
茂名学院技术物理系物理实验室
实验日期：
2007年11月29日
实验7《用热敏电阻改装温度计》实验提要
实验课题及任务
热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体。
不同于导体的阻值——温度特性（温度升高，阻值增大），半导体热敏电阻的阻值——温度特性是当温度升高，阻值降低。
产生这种现象的原因是由于半导体中的载流子数目随着温度升高而按数激烈地增加，载流子的数目越多，导电能力越强，电阻率就越小。
热敏电阻温度计是利用半导体的电阻值随温度急剧变化的特性而制作的，以半导体热敏电阻为传感器，通过测量其电阻值来确定温度的仪器。
可以利用这种“非平衡电桥”的电路原理来实现对温度的测量。
用半导体热敏电阻作为传感器，设计制作一台测温范围为40℃~90℃的半导体温度计。
《用热敏电阻改装温度计》实验课题任务是：
根据所学的知识，设计实验把所给的热敏电阻改装成热敏温度计。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用热敏电阻改装温度计》的整体方案，内容包括：
（写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤。
），然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。
设计要求
⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶根据实验情况自己确定所需的测量次数。
实验仪器
惠斯通电桥，电阻箱，表头，热敏电阻，水银温度计，加热电炉，烧杯等
实验所改装的温度计的要求
（1）要求测量范围在40℃~80℃。
（2）定标时要求测量升温和降温中同一温度下热敏温度计的指示值（自己确定测量间隔，要达到一定的测量精度）。
（3）改装后用所改装的温度计测量多次不同温度的热水的温度，同时用水银温度计测出此时的热水温度（作为标准值），绘制出校正曲线。
评分参考（10分）
⑴正确写出实验原理和计算公式，2分。
⑵正确的写出测量方法，1分。
⑶写出实验内容及步骤，1分。
⑷正确的联接仪器、正确操作仪器，2分。
⑸正确的测量数据，1.5分。
⑹写出完整的实验报告，2.5分。
（其中实验数据处理，1分；实验结果，0.5分；整体结构，1分）
学时分配
实验验收，4学时，在实验室内完成；教师指导（开放实验室）和开题报告1学时。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。
提交整体设计方案，要求电子版。
用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里。
思考题
如何才能提高改装热敏温度计的精确度？
用热敏电阻改装温度计
实验目的：
1．了解热敏电阻的特性；
2．掌握用热敏电阻测量温度的基本原理和方法；
3．进一步掌握惠斯通电桥的原理及应用。
实验仪器：
惠斯通电桥，电阻箱，热敏电阻，水银温度计，滑动变阻器，微安表，加热电炉，烧杯等
实验原理：
1．惠斯通电桥原理
惠斯通电桥原理电路图如图1所示。
当电桥平衡时，B，D之间的电势相等，
桥路电流I＝0，B,D之间相当于开路，则UB=UD;I1=Ix,I2=I0;于是I1R1=I2R2,I1RX=I2R0由此得R1/RX=R2/R0
或RX=R0R1/R2
（1）
（1）式即为惠斯通电桥的平衡条件，也是用来测量
电阻的原理公式。
欲求RX，调节电桥平衡后，只要知道
R1,R2,R0的阻值，即可由
（1）式求得其阻值。
2.热敏电阻温度计原理
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。
这样我们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＝R3，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40℃时，RT＝R1，R3＝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。
3．热敏电阻的电阻—温度特性曲线如图3所示：
图3热敏电阻的电阻—温度特性曲线图
可以看出其阻值随温度升高而很快减小，用它来设计测温计或传感器是很灵敏的。
为了用它来制作测温计，首先要测定它的电阻—温度特性。
实验步骤：
1．电阻－温度特性的测定
1）.把上述热敏电阻接在图1所示的电桥臂中，图中检流计用50微安的微安表，R0为电阻箱，取R1＝R2,即取倍率为1。
2）.把热效电阻放在烧杯中，加热烧杯中的水，用0．2℃分度值的水银温度计测量水温。
3）.接通电桥电源，再调节R0，使电桥平衡，逐步提高水温，测出不同温度下的热敏电阻阻值（从40℃开始至80℃,每隔5℃测量一次）。
4）.逐步降低水温,重复3）操作,并取升温过程和降温过程中在该温度下的电阻的平均值为热敏电阻在该温度时的阻值。
2．用热敏电阻改装温度计
1）.取R2＝R3，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。
2）.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40℃时，RT＝R1，R3＝R2，电桥平衡，微安表指示为零。
3）.定标时，每升高（降低）5℃时，用阻值相当的电阻代替热敏电阻，以减少因温度不稳定而造成的误差。
4）.定标后，微安表上共有40小格，每一小格表征1℃，零刻度处表征40℃，满偏处表征80℃。
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，测量时，从40℃开始每隔4℃取一组观测数据,同时用水银温度计测出此时的热水温度（作为标准值）。
2、根据所测得的数据绘制出温度校正曲线。
实验数据：
表1电阻－温度特性测定数据表
标准温度
T（℃）
热敏电阻阻值R（Ω）
阻值平均值
（
）
升温
降温
40
5213
5173
5193
45
4453
4475
4464
50
3896
3868
3882
55
3366
3340
3353
60
2886
2898
2892
65
2526
2530
2528
70
2178
2226
2202
75
1924
1916
1920
80
1672
1716
1694
表2温度校正数据表
热敏温度计读数Tt（℃）
40.3
43.5
48.2
51.4
56.8
60.5
63.3
68.6
72.7
76.4
79.6
水银温度计读数Ts（℃）
40
44
48
52
56
60
64
68
72
76
80
△T＝Tt-Ts（℃）
+0.3
-0.5
+0.2
-0.6
+0.8
+0.5
-0.7
+0.6
+0.7
+0.4
-0.4
数据处理:
1.根据表1绘制热敏电阻的电阻-温度特性曲线;
2.根据表2绘制温度校正曲线图（见坐标纸）
思考题:
如何才能提高改装热敏温度计的精确度？
答：
给热敏电阻加热时应不断搅拌电热杯中的水,使热敏电阻均匀受热.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；选定适当的测量温度间隔,定标时用阻值相当的定值电阻代替在此温度下的热敏电阻。
心得体会：
通过实验，我觉得耐心是做好本实验的关键因素,同时在做实验报告的过程中又让我重温了计算机的基本操作.此实验使我了解了热敏电阻的温度特性,并学会了如何用热敏电阻改装温度计，并用改装后的温度计测量不同温度的水温。
此外，我在做实验过程中发现以下一些问题：
1、测量时电桥电路中的电流不能超过一定值，这是由热敏电阻伏安特性决定的。
当电流I上升到一定值后，它两端的电压U反而下降，这是由于通过热敏电阻的电流过大使它本身发热造成的。
设计热敏电阻温度计应避免它进入特性的这一阶段。
2、热敏电阻温度计的电阻较低，接入桥式电路将通过相当大的电流，这会引起实际温度的变化。
因此，用电桥测量它的电阻值时，应迅速找出平衡点、缩短测量时间。
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