大学物理实验研究报告格式.doc

20102011学年度上学期物理实验教学示范中心研究报告物电学院 1011实验班学生姓名王洒学号2010110151指导教师陈培杰实验地点N1实验时间2011年 06月 3 日实验名称自组非平衡电桥测热敏电阻RT关系一、实验的研究现状及主要参考文献研究现状(资料)：热敏电阻由半导体材料制成，是一种敏感元件。其特点是在一定的温度范围内，它的电阻率随温度的变化而显著地变化，因而能直接将温度的变化转换为电量的变化。一般半导体热敏电阻随温度升高电阻率下降，称为负温度系数热敏电阻（简称“NTC”元件），其电阻率随热力学温度的关系为 （1）式中与为常数，由材料的物理性质决定。也有些半导体热敏电阻，例如钛酸钡掺入微量稀土元素，采用陶瓷制造工艺烧结而成的热敏电阻在温度升高到某特定范围（居里点）时，电阻率会急剧上升，称为正温度系数热敏电阻（简称“PTC”元件）。其电阻率的温度特性为： （2）式中、为常数，由材料物理性质决定。 非平衡电桥流参考方向，A、B、D三个节点的电流方程如下：用惠斯通电桥测量电阻时，电桥应调节到平衡状态，此时。但有时被测电阻阻值变化很快(如热敏电阻)，电桥很难调节到平衡状态，此时用非平衡电桥测量较为方便。非平衡电桥是指工作于不平衡状态下的电桥，如图1所示。我们知道，当电桥处于平衡状态时G中无电流通过。如果有一桥臂的阻值发生变化，则电桥失去平衡，的大小与该桥臂阻值的变化量有关。如果该电阻为热敏电阻，则其阻值的变化量又与温度改变量有关。这样，就可以用的大小来表征温度的高低，这就是利用非平衡电桥测量温度的基本原理。下面我们用支路电流法求出与热敏电阻的关系。桥路中电流计内阻，桥臂电阻、和电源电动势均为已知量，电源内阻忽略不计。根据基尔霍夫第一定律，并注意附图中的电节点A：节点B：节点D：根据基尔霍夫第二定律，并注意到图中各双向标量的参考方向，3个网孔的回路电压方程如下：回路：回路：图1回路：解以上6个联立方程可得： （3) 由上式可知，当时，电桥处于平衡状态。当时，表示的实际方向与参考方向相同；当时，表示的实际方向与参考方向相反。将（3）式整理后求得热敏电阻： (4)从上式和（1）式可以看出，与以及与都是一一对应的，也就是说与有着确定的关系。如果我们用微安表测量，并将微安表刻度盘的电流分度值改为温度分度值，这样的组合就可以用来测量温度，称为半导体温度计。用热敏电阻做温度计的探头，具有体积小，对温度变化反应灵敏和便于遥控等特点，在测温技术、自动控制技术等领域有着广泛的应用。电桥灵敏度及其意义在调节电桥使检流计示零时，若比较臂相对平衡电阻R.有一微小偏离R.，则检流计上必有一相应微小电流g流过，当此电流（灵敏度的限制）小到G检测不出来，我们仍会认为电桥是平衡的，从而得到Rx=C(R.+R.)其中CR.就是由于电桥灵敏度不够而带来的测量误差，为了定量分析测量误差与灵敏度的关系，可以定义电桥灵敏度S如下： S=/(R/R.)式中R/R.是比较偏离平衡值时的相对改变量，是由此引起的检流计的偏转格数，考虑到各桥臂所在位置的对称性可以证明，改变任一桥臂电阻得到的电桥灵敏度相同，固S反映了电桥对各个桥臂电阻相对变化的分辨能力，S越小，电桥越灵敏，由此引起的误差也就越小，理论和实践都证明，电桥的灵敏度与下面诸多因素有关。与检流计的灵敏度Si成正比，Si越大，电桥越不易平衡，电桥灵敏度越高;提高电源电压也可以提高电桥灵敏度。（但要注意不要超过电路元件所允许的额定值）与检流计的内阻RG有关. RG越小，灵敏度越高。与电源内阻RE和与其串联的限流电阻RP有关，二者之和越大，电桥灵敏度越底。与检流计和电源的解法有关，不同接法有不同的灵敏度。桥臂电阻对测量产生的误差及消除方法由于电阻的实际值与标称值的差异，使得比例臂和比较臂示值与实际值产生偏离，由此产生的误差在最不利的条件下估计值,选用较高准确度级别的电阻箱作为R.去测量，就可获得较高精确度的结果。用电桥测电阻，测量结果除受到桥臂电阻精确度的影响外，电桥灵敏度也是测量误差的来源之一，另外，还存在有检流“零点偏离”引起的系统误差，这些误差都可以用适当的方法来消除或减小。参考文献：1 伏安法和惠斯通电桥测电阻的比较 赵明屏 大同市高级技工学院2 惠斯通电桥灵敏度与各电桥臂阻值关系的分析 秦艳芳 宁波工程学院3 不平衡电桥的网络分析 李永安 咸阳师范学院物理系 4 热敏电阻不平衡电桥的简单设计技巧 李迎春 高文红 等 山东轻工业学院机电工程系 5 用非平衡电桥法设计和组装电子温度计 阮亮等 清华大学物理系6 电桥法测电阻方法 物理实验二、实验需要的主要仪器设备和材料恒压直流电源 电阻箱四个 检流计（一个） 待测电阻 滑动变阻器 开关 温度计 等三、实验的研究目的掌握直流电桥测电阻的原理和方法 学习并掌握自组电桥测热敏电阻的方法了解电桥灵敏度的意义和提高灵敏度的几种方法了解电桥测量中系统误差及消除方法了解金属导体的电阻随温度变化的规律了解热敏电阻的电阻值与温度的关系四、实验的研究内容测热敏电阻阻值。每升高10摄氏度测一组电阻值，到90摄氏度。根据公式（4）计算各温度对应的热敏电阻的值（升温、冷却或两者平均值三种情况，任选一种），以为纵轴，为横做出 曲线。计算（为热力学温度）及相应的值，以为纵轴，为横轴作出图，应为一条直线，求出其斜率，截距，写出热敏电阻的关系式，并计算出各温度的电阻温度系数。由于热敏电阻阻值与温度具有如下关系：其中，K，B均为常数。 四、实验的创新之处五、实验结果（包括实验数据、数据分析、实验结论等）实验数据：被测电阻RT/对比电阻R4/比例系数K（R2/R3）电源电压/V实验温度与