实验42_应用计算机测定热敏电阻的温度特性.doc

大学物理实验教案实验名称：应用计算机测定热敏电阻的温度特性 1 实验目的1. 熟悉Pasco科学工作室软件环境。2. 掌握非线性特性传感器的科学工作室数据采集方法。3. 掌握曲线拟合方法确定待定系数。4. 了解热敏电阻的温度特性。2 实验仪器计算机 500型科学工作室接口 恒流源 温度传感器 电压传感器 加热装置3 实验原理3.1 热敏器件 大多数材料的电阻率都与温度有关系，有的随温度的变化不明显，有的却非常敏感。对温度变化敏感的材料通常用来制作温度传感器的热敏器件。常见的热敏器件有用半导体材料做成的半导体热敏电阻和用金属材料（铂或铜）做成的热电阻。半导体热敏电阻其电阻率随温度的升高而急剧下降。金属材料做成的热电阻的电阻率随温度升高而缓慢地升高。图28-1表示热敏电阻与普通金属电阻的不同温度特性。热敏电阻对于温度变化的反应要比金属电阻灵敏的多，热敏电阻的体积也可以做的很小，用它来制成的半导体温度计，已广泛地使用在工业控制和科学仪器中，并在物理、化学和生物学研究等方面得到广泛应用。3.2 热敏器件的特性3.2.1 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之间有如下关系： (1) 式中和是材料物理性质有关的常数，为绝对温度。 对于粗细均匀的热敏电阻材料， 由于 (2) 的单位为；单位为 ；为材料的长度，单位为；为横截面积，单位为。将式（1）代入式（2），令，于是可得 （3）对一定的电阻而言，和均为常数。对式（3）两边取对数，则有 （4）可见与成线性关系。在实验上通过测出器件的电阻随温度的变化特性来确定系数值，可得到的特性表达式。3.2.2 金属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。3.3 实验方法本实验通过电加热的方法提供一个温度可以变化的热源，利用精确的温度传感器测量温度。把待测电阻置于热源中，并利用恒流源给待测电阻维持一个恒定的电流，通过自定义电阻传感器来测量电阻。温度传感器以及电阻传感器感测到的信号分别输入到500型科学工作室接口上，通过串行口与计算机连接，对电阻随温度变化的数值进行实时采集。计算机软件对数据进行处理，显示测量结果。图 28-2 温度特性测定示意图3.3.1 温度测量方法温度测量采用美国PASCO公司提供的温度传感器，其温度输入与电压输出的关系式为 （5）根据（5）式，利用科学工作室的“实验计算机”功能，可以获得温度的实时测量。3.3.2 电阻测量方法电阻测量的方法是，利用恒流源给电阻通上一个不随电阻变化的恒定电流，这样如果电阻随温度变化时，电阻两端的电压随之变化，即 或 （6）根据（6）式，便可以应用科学工作室的“用户自订传感器”的功能进行电阻测量。4实验操作要领及操作难点。恒流源的恒定电流=2.5mA，不宜太大太小，恒流源不宜空载，在更换电阻时，一定要关闭电源开关。加热过程中要保证传感器探头、电阻与加热器接触良好。5实验中容易出现的问题1） 实验计算机中的公式输入。2） 传感器的各项设置。3） 与加热器的各接触点不够紧密。表一 铂电阻温度特性数据测量I=2.5mA 6实验参考数据 T （） R （） a(/) (/)29.448 1101.911 995.01892 3.6557777.864 1278.582. (/) 3.6491(/) （） （） (/) (P=0.683) K=k+ - ek=3.6491+ -0.00047课堂实验预习检查题目1） 学生预习报告是否完整（实验项目、实验目的、实验原理、实验步骤、记录表格等）；2） PASCO科学工作室的有关设置及使用。3） 实验注意事项；如：加热后的铜柱不能用手直接接触,避免烫伤手等。8 思考题1） 半导体热敏电阻与铂电阻有什么不同？ 2） B、C口分别接什么传感器？用于测定什么物理量？3） 铜柱体的三个小孔为什么在同一个同心圆上4） 测量值的不确定度如何确定？示值误差如何确定？5） 试比较用户自定义和实验计算机两种传感器定