实验28应用计算机测定热敏电阻的温度特性

1、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匚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泄待崔系数匚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垃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(舘或铜)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

2、的热电阻的电阻率随温度升髙而缓慢地升高。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而得到 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左的温度范圉内，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：P = A0T(1)式中A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G： P单位为G加；/为材料的长度，单位为川；S为横截而

3、积，单位为 A =将式(1)代入式(2),令S ,于是可得心*严(3)对一左的电阻而言，A和B均为常数。对式(3)两边取对数，则有In Rr = B 丄 + In AT(4)丄可见与成线性关系。在实验上通过测出器件的电阻尺7随温度了的变化特性来确左 系数A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羽内是线性的。如果温度范用进一步扩大时为非线性关系，(5)式给出钳电阻在0600叱范围内的特性，即(5)p = pQ( + aT + /ZT2)式中Q. 0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

4、。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怎的电流.通过自立义电 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温度特性测肚示意图3. 3.1温度测量方法温度测量釆用美国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18.253 x 104 + 2.045 x IO-4 In 36000 V + 1.144 x 107 (In 36000 V)3一 273.15(5)根据（5）式，利用科学工作室的“实验讣算

5、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立电流这样如 果电阻随温度变化时，电阻两端的电压随之变化，即R =V = IR 或 I（6）根据（6）式，便可以应用科学工作室的“用戸自订传感器的功能进行电阻测量。 4教学内容1 简要讲解实验原理（半导体热敏电阻与钳电阻随温度的升高而体现出不同的性质）。2. 介绍有关仪器及其使用方法（温度传感器与电压传感器的使用），在讲解科学工作室 的使用时结合提问题检查学生的预习情况，让学生学会用实验计算机来设左非线性输入输岀 的用户自定义传感器的各项参数。3. 讲解实验操作要领及操作难点。

6、恒流源的恒立电流/二25mA,不宜太大太小，恒流源不宜空载，在更换电阻时，一泄 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。 用投影仪边演示边让学生学习使用500型科学工作室，操作上要注意软件的接口连接 及设宜。以及在采集衍射光强图案时，应做到动作均匀、缓慢匚4检查学生实验状况及测量结果，并给出相应的评左结果。5 很据标准评分批改实验报告并给出成绩。5实验教学组织及教学要求1. 教学组织1）检查学生的预习实验报告，同时给学生5-10分钟时间熟悉仪器，对本实验有 一定的感性认识。2）讲解实验要点及注意事项，同时以提问的方式检查学生的预习情况，加深学生 对实验原理的理解。3）

7、随时注意学生的实验操作过程，及时指导解决学生实验中出现的突发情况。4）检查每个学生的实验数据，记录实验情况。2. 教学要求1）了解半导体热敏电阻与舘电阻随温度的升髙而体现岀不同的性质。2）培养学生运用讣算机进行综合物理实验的能力。3）培养学生会使用500型科学工作室，会用实验计算机来设左非线性输入输出的 用户自定义传感器的各项参数。6实验教学重点及难点1.重点：半导体热敏电阻与钳电阻的温度特性。2难点：熟练使用500型科学工作室，会用实验计算机来设泄非线性输入输出的用户 自定义传感器的各项参数。7实验中容易出现的问题1）实验计算机中的公式输入。2）传感器的乞项设置。3）与加热器的各接触点不够紧

8、密。8实验参考数据表一钳电阻温度特性数据测量I=2.5mAT (C)R (Q)ai (Q/C)a2(q/oc)29. 4481101.911995.018923. 6557777. 8641278.582z A/? 1278.582-1101.911 176.671 o 一门AT 77.864-29.44848.416(Q/，C)V3V3(C)(41x10小,176.671 )4.1X10-3 ) k 48.416 J= 8.9x10,J3 J3Uk =kEk =3.e49x8.9xI0-5 =4x10_(q k=kUk =3.6490.001 (Q/C) E& = 0.009%(p二o. 683)9实验结果检查方法检查采集到的半导体热敏电阻值与钳电阻值随温度变化分布图是否合理。10课堂实验预习检査题目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。11思考题1）半导体热敏电阻与钳电阻有什么不同？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）测量值的不确尬度如何确定？示值误差如何确定？5）试比较用戸自左义和实验讣算