热敏电阻改装温度计.doc

评分： 大学物理实验设计性实验实 验 报 告实验题目： 热敏电阻改装温度计 班 级： 姓 名： 学号： 指导教师： 物理系大学物理实验室实验日期：20 年 月 日有些错误没更正，仅供参考。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4080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，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。设计要求 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，了解非平衡电桥的工作原理，在此基础上写出该实验的实验原理。 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。 温度计的测量范围在4080，根据实验情况确定测量温度间隔（最大不能超过5）。 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）。定标后的刻度要求为：一大格表示5，一小格表示1。 要求测量Rt曲线，标出改装后的的温度计的刻度，然后再进行校正，校正时的温度点不要和定标时的温度点相同。实验仪器惠斯通电桥，电阻箱，表头，热敏电阻，水银温度计，量热器等提交整体设计方案时间学生自选题后23周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。思考题如何才能提高改装热敏温度计的精确度？实验方案设计一 实验题目：用热敏电阻改装温度计二 实验目的：1. 了解热敏电阻的特性2. 掌握非平衡电桥的电路原理及应用3. 学会实验常用仪器的使用4. 锻炼自己的动手操作能力和创新意识5. 学会资料的查找和应用三 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，烧杯开关1只 导线若干 四 实验原理: 1 热敏电阻的温度特性热敏电阻具有负的电阻温度系数，电阻值随温度的升高而迅速下降。这是因为，在半导体材料内部随着温度的升高自由电子的数目增加很快，虽然自由电子定向运动遇到的阻力也增加，但两者相比，前者对电阻率的影响比后者更大；因此，随着温度的升高电阻率反而下降。图（1）为金属与热敏电阻温度曲线的比较。图（1）2. 热敏电阻的阻值原理对于一段截面均匀的热敏电阻材料，其电阻为 （1）而由实验可知，在一定的温度范围内，热敏电阻的电阻率 和绝对温度 之间有如下关系： （2）因此 （3）、与热敏电阻材料的性质有关，当材料确定之后，和均是常数对（3）式两边求对数可得 （4）上式为线性方程，因此在实验中测得两组以上 及 的数值后即可由联立方程组求得和的数值的测量采用平衡电桥的方法。3.平衡电桥（惠斯通电桥）测未知电阻原理利用电桥平衡来测量未知电阻的阻值大小。如图(2)所示，当电桥平衡时有 (5)图（2） 测量时热敏电阻置于加热器内，加热器内的温度可由通过电阻丝的电流大小予以调节 为标准电阻4.热敏电阻温度计电路（非平衡电桥）及制作原理由于热敏电阻的阻值随温度而变化，而桥路中的电流又随热敏电阻的阻值变化，此时电桥处于非平衡状态，因此利用非平衡电桥中检流计指针的偏转的大小可以制作热敏温度计（称为半导体温度计）测量时，根据所作温度计的刻度盘上所标温度示数，可以测出温度的大小值。图（3） 非平衡电桥连接图五 实验内容及步骤： 、仪器连接与准备工作1. 按照图（3）电路所示，把热敏电阻接在图（3）的电桥臂中，图中检流计用50微安的微安表，R3为电阻箱，取R1R21K，毫安表量程可取5毫安。开始时使W值调节大点，以免烧坏检流计。2. 把热敏电阻放在烧杯中，杯中开始放冷水，用02分度值的水银温度计测量水温。用中间带孔的毛玻璃盖住烧杯后打开加热电源。另外在检流计上的刻度线上紧贴刻度线处，贴上一小弧形纸条，用于画刻度线。、热敏电阻RT曲线的测定1. 接通加热电源，慢慢给烧杯中的水加热，观察温度计读数，使水温达到40后停止加热。当水温为 时，调节电阻箱R3使电桥平衡，测出此时热敏电阻的阻值，为。2. 继续加热，直到水温为t1080。调节W的值（其它的不动），使检流计的刻度满偏。并测出此时的电阻阻值RT（t10）。3. 之后每降低水温测量一次热敏电阻的阻值，记为，直到。4. 然后再由t040开始，水温每升高5测一次，直到t1080。5. 根据两次所测数据求其平均值作出RT曲线。、温度计的制作1接通加热慢慢给烧杯中的水加热，使水温达到40后停止加热。调节电阻箱R3使电桥达到平衡状态（即检流计的示数为0）。在弧形纸条上画线标注出温度计的起点（40）。2.再次接通加热电源，慢慢加热烧杯中的水，使温度升高2加热到42后停止，标出检流计的指针所在位置，记为42。3.重复第2步，每隔2记下检流计的指针位置并画线。直到水温到达80。标出检流计指针的位置，记为80。4.根据在弧形纸条上根据所标画线刻度，均分各个刻度，每个刻度均分为两个小格，每小格记为1。、改装好的温度计的校正以改装的温度计为准，由40开始，每相邻选择一个校正点，用水银温度计测出在每个校正点时的温度，记为，其中被校正的温度计测量数值为，由公式求出的值，再由与作出校正曲线其中以为横坐标轴，以为纵坐标轴。六 实验数据：表1 RT数据记录升（）降（）平均（）404550556065707580表2 温度校正曲线数据记录40455055606570758040.345.549.755.660.264.970.374.880.50.30.50.30.60.20.10.30.20.5做好的温度计表头：图（4） 实验所绘制的表头温标七 数据处理： 1热敏电阻RT.曲线.根据所测得的RT值，以R为纵坐标，T为横坐标作出RT曲线。如下：图（5） 热敏电阻RT.曲线2.温度计校正曲线根据实验所得的数据记录，计算，根据公式 得：40度时：1|40-40.3|=0.3同理可得：45时：20.5 50时： 30.355时：40.6 60时：50.265时：60.1 70时：70.375时：80.2 80时：90.5根据所得数据和以上数据处理结果，作出温度计校正曲线为：图（6） 曲线八 实验结果表达： 该实验利用了通过分平衡电桥的中微安表指针的偏转，来指示出温度计所指的读数,以达到用热敏电阻的温度效应来测量温度的作用。.九 讨 论：如何才能提高改装热敏温度计的精确度？在测量热敏电阻的温度特性曲线RT时，由于加热时温度难以控制，必然存在一定的误差，为了提高实验的结果精确度，要多次测量求其平均值本，在本实验中采用了升温和降温各测量一次的办法来减少误差；在定标时，温度间隔不要太大，本实验采取的是间隔2的温度时的阻值来定标，然后再均分，每格作为1来最后定标，这样就比较精确。我们的实验误差有些偏大，主要是在测量热敏电阻的温度特性曲线时，没有多次测量求其平均值，只是测量了升温和降温两次；还有就是在定标的时候温度的控制做的不够好。十 实验心得体会:在本次实验开始之前，就听说有个设计性实验，可以自己选择题目来做，可以自由发挥、自由创作。当开始选择自己所要做的实验时，从茫茫的题海中寻觅，发现热敏电阻温度计的名字，心中突然一动，就是它了。上网查找资料、到图书馆找相关的书籍资料，整理资料，写预习报告。在实验的之前，原以为很容易的事情，到了做实验时才发觉原来很难。特别是温度很难控制,稍微加热一点温度就升高很多，降温又特别的慢，等的让人着急，再加上没有实际操作经验，反复烧了几次水降了几次温，才完成温度特性的测量。等到定标搞好后上午的时间早已过去。而我还没来得及校正呢。只好下午再次到实验室来了一趟