指导书-电阻温度特性测量(shen2010).doc

珍惜爱护、并认真合理实验指导书！应用计算机测定电阻的温度特性实验指导一. 实验原理 - 热敏器件的特性1. 半导体热敏电阻特性在一定的温度范围内，对于负温度型的半导体热敏电阻的电阻率和温度T之间有如下关系： (1) 式中A1和B是材料物理性质有关的常数，T为绝对温度。 对于粗细均匀的热敏电阻材料， 由于 (2) RT的单位为；单位为 ；为材料的长度，单位为m；S为横截面积，单位为m2。将式（1）代入式（2），并令，于是可得 （3）对一定的电阻而言，A和B均为常数。对式（3）两边取对数，则有 （4）可见lnRT与成线性关系。在实验上通过测出器件的电阻RT随温度T的变化特性来确定系数A值，可得到RT的特性表达式。2. 热电阻特性大部分金属热电阻的特性在小温度范围内是线性的。如果温度范围进一步扩大时为非线性关系，（5）式给出铂电阻在0600范围内的特性，即 （5）式中、称温度系数。二. 实验仪器1. 仪器清单Pasco 500型接口、恒流源、计算机、半导体热敏电阻、金属铂电阻、加热装置及可替换的加热铜体、温度传感器、电缆（即电压传感器）、导线等。2. 仪器功能介绍a. 待测件：半导体热敏电阻、金属铂电阻b. 500型科学工作室软件：实验数据处理软件；c. 恒流源：为实验装置输出恒定电流的电源；d. 500型科学工作室接口：将电信号输入到计算机中的500型科学工作室软件的端口；e. 电压传感器：从线路中得的电压信号，接入500型科学工作室接口后，可将该信号传入计算机；f. 温度传感器：温度传感器获得温度信号后，经热电压转换器转化为电压信号，输入计算机。g. 加热装置：是由铜芯和铜块组成。每一组有一加热芯和两个备用铜块。三. 内容和要求1. 实验内容a. 了解热敏电阻及金属铂电阻随温度变化的基本规律。b. 用计算机测绘恒流条件下半导体热敏电阻与铂电阻随温度变化的关系曲线。c. 金属铂电阻温度特性测定。d. 正确撰写相关实验报告。2. 教学要求a. 培养学生会较熟练地使用500型科学工作室，会用实验计算机来设定非线性输入输出的用户自定义传感器的各项参数。b. 培养学生运用计算机进行综合物理实验的能力。c. 学生通过实验了解铂电阻和热敏电阻随温度变化的基本规律。d. 通过计算机的图表学生能够计算铂电阻的温度系数；图42-3科学工作室界面四. 操作指导1. 线路连接a. 按原理图（图42-2）将已串接好的金属铂电阻和热敏电阻按正负极连接到恒流源“+”、“-”极上；。b. 按原理图（图42-2）将A通道电缆的正负极连接到铂电阻两端上（注意：判断那一端电位高，红线接高电位，黑线接低电位。以免接错！）；图42-4 A、B、C通道的设置c. 同样,根据原理图（图42-2）将B通道电缆的正负极连接到热敏铂电阻两端上（注意：判断那一端电位高，红线接高电位，黑线接低电位。以免接错！）；注意：电压传感器A、B、C梅花式插头和插座已连接好，一般情况下、在实验中和试验后都不必拆卸。一旦不小心，梅花式插头掉离插座时，要重新连接时，切记！一定要插头与插座对准，看清楚箭头或Top标志，不许错位强行插入。2. 接口设置a. 开启科学工作室：1. 打开500型科学工作室接口背面电源开关（绿灯亮），双击计算机显示屏幕 “Science workshop”图标，计算机自动寻找科学工作室接口，当计算机自检完成，就自动进入科学工作室工作界面，如图42-4。b. A通道设置：鼠标选中模拟插头图标，揿着左键不放并拖到A通道，计算机自动弹出的传感器选择菜单窗口，选中“用户自订传感器”，点击确定。图42-5 A通道传感器的设置c. B通道设置：操作与A通道相同用鼠标选中模拟插头图标，揿着左键不放并拖到B通道，计算机自动弹出的传感器选择菜单窗口，选中“用户自订传感器”，点击确定。d. C通道设置：同样，把模拟插头拖入C通道，选中电压传感器，点击确定。则结果如图42-4所示，列出各传感器设置后的科学工作室的面板。4. 传感器设置a. A通道的设置：双击图42-4所示的A通道用户自订传感器图标，计算机自动弹出“用户自定传感器”对话框，更改各参量如图42-5所示。其中电阻高值应输入的值。的输入，光标选中中英文转换图标的键盘图标，右键点击、选择希腊字母，就可在图中显示的键盘中找到然后按确定即可；b. B通道的设置：设置与A通道基本相同，只是把“调校量度”改为“热敏电阻”即可。图42-6 实验计算机设置c. 温度传感器设置：点击科学工作室主界面计算机图标，计算机自动弹出的“实验计算机”对话窗口。在该窗口上对温度传感器进行设置。i. 温度传感器的计算公式设置：计算公式编辑只能在英文状态下输入公式，在编辑框中输入计算公式（见教材P279），式中自然对数从f(x)中取ln()获得，电压V可点击图标，下拉菜单中选模拟通道C（电压）；ii. 当公式编辑框全部输入完毕后，将输入状态切换为中文状态，在计算名称框中填写“温度”， 简称框输入“T”；选择计算机桌面的中英文转换图标中的键盘图标，钦右键选择“特殊符号”，便可找到。点中“”，即可插入，或者同时揿住“shift”及“”所对应的键盘键，也可插入，如图42-7所示；iii. 编辑完成后，揿回车键，则结果如图42-6所示，在公式框下面再无文字显示，说明公式进入软件，方可进行测量。iv. 否则，公式尚未进入软件，则软件无法进行测量换算。还需重新输入。5. 图表设置：a. 横坐标温度定义：把二维图表拉入A或者B或者C通道，选中图表的左下角图标，点击箭头选择“计算”、再选择“温度”。b. 纵坐标铂电阻定义：同样方法选择左上角的相应图标，可选择纵轴为A通道铂电阻的阻值；图42-9 取样速率设置图42-7 热敏电阻在图表的设置图42-8 坐标选择效果图c. 纵坐标热敏电阻定义：如图42-7选中图表标左下角的图标，选择B通道“热敏电阻“，这样在实验中就可同时观测到铂电阻及热敏电阻随温度的变化。最终确定该实验的坐标轴，如图42-8可同时观测铂电阻及热敏电阻的实时的温度变化曲线。d. 图表满屏：点击科学工作室视窗的“向下还原”图标，则科学工作室的面板显示图隐没，则只呈现控制键面板。将图表拉动到与控制面板贴近后，选中图表的右下角，揿住鼠标左键，将图表拉至满屏，如图42-8。e. 取样选项：用鼠标点击取样选项图标，弹出一对话框，选中“慢”，单击左边的箭头，直至显示5秒。则取样周期设置为5秒如图42-9所示。6.实验测量金属铂电阻和热敏电阻温度特性的测定a. 启动恒流源在开启恒流源开关前，需确保恒流源未空载（即：电路已连接完毕），电流调节开关需逆时针旋转至零（调零），调节量程开关至适当档位（本实验可选择2mA档位），而后开启恒流源电源开关，调节电流为1mA。注意恒流源切不可空载操作。b. 试测：图42-10 选中铂电阻示意图i. 在未开启加热器电源开关的状态下，点击图标，计算机开始采集数据，观察是否有点出现，若有。点击图标。ii. 观察这一数据点的横纵坐标及纵坐标数值大小，温度是否为室温，电阻的大小。若温度显示室温，则可进行下一步（否则应检查以上设置是否正确）。c. 实测：i. 检查恒流源电流的大小，将温度传感器和铂电阻、热敏电阻分别放入到待加热的铜块的三个小洞里（可以将铂电阻和热敏电阻一起放进稍大的洞里）。ii. 确保各接线柱及各个电缆、电线未与加热器上的铜块接触；iii. 双击REC图标，开启加热器电源开关，观察图表中温度数值从低到高慢慢升高，当温度至80时，点击“Stop”图标停止数据采集；图42-11编辑图表名称、输入个人信息iv. 断开加热装置开关、停止加热，将温度传感器和铂电阻、热敏电阻分别从铜块中取出，同时把铜块移离加热器（操作时务必注意安全！）。注意：切记，电缆和电线一定要远离加热器的铜柱芯！d. 数据记录：i. 鼠标放置纵坐标图标上，点击，计算机自动弹出对话框如图42-10，点中“删除输入”，则“通道B”“热敏电阻温度曲线图”隐藏起来，图表只呈现金属铂电阻数据，如图42-11。ii. 点击图标，则出现如图42-11对话框，在“名称”里编辑图表名称、输入个人信息，同时去除“连线点”。iii. 点击，对数据进行线性适配，选取、记录拟合线上相距尽可能远的A、B两点的数值及图表上拟合系数2的数值，如图42-12所示。e.打印：图42-12铂电阻线性拟合iv. 重复5.图表设置中的c步骤，再次选中热敏电阻数据。则图表中同时再次呈现铂电阻和热敏电阻的曲线图；v. 再次点击优化图标，使该图表最为合理化；vi. 点击图标恢复“连线点”，检查是否输入图表名称及个人信息，如图42-13；图42-13 电阻温度特性曲线图vii. 点击工具栏中“编辑”菜单，选中“复制”。进入Word文档，“粘贴”该图表，选中打印，即获得所测的铂电阻和热敏电阻曲线图，如图42-13。五. 实验相关数据表一 铂电阻温度特性数据测量 T （）R （）I(mA)(/)m =m = 六. 补充讨论题1. 比较用户自定义和实验计算机两种传感器定义方法异同点？何时使用实验计算机进行传感器的定义？2. 如何测准热敏电阻所在处的温度？本实验中采取了那些措施？3. 本实验A、B通道电阻高值设定的依据？七. 实验报告书写要点1. 报告的书写应符合教材要求，内容完整。每一部分序号编排统一用阿拉伯数字，各部分标题都应独立一行，每个物理量数据处理前