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文档简介
1、实验报告:用热敏电阻测量温度5-06级数学系 蔡园青 PB06001093 2007年4月20日实验目的:了解热敏电阻的电阻-温度特性和测温原理,掌握惠斯通电桥的原理和使用方法;学习坐标变换、曲线改直的技巧和用异号法消除零点误差等方法。实验原理:1.半导体热敏电阻的电阻-温度特性:某些金属氧化物半导体(如:, 等)的电阻与温度的关系满足式(1): (1) 式中是温度T时的热敏电阻阻值,R是T趋于无穷时热敏电阻的阻值,B是热敏电阻的材料常数,T为热力学温度。金属的电阻与温度的关系满足式(2): (2)式中是与金属材料温度特性有关的系数, 、分别对应于温度、时的电阻值。根据定义,电阻的温度系数可由
2、式(3)来决定:是在温度为t时的电阻值,由下图可知,在R-t曲线的某一特定点作切线,便可求出该温度时的半导体电阻温度系数。由式(1)和式(2)可知,热敏电阻的电阻-温度特性与金属的电阻-温度特性比较,由三个特点:(1)热敏电阻的电阻-温度特性是非线性的(呈指数下降),而金属的电阻-温度是线性的。(2)热敏电阻的阻值随温度的增加而减小,因此温度系数是负的。金属的温度系数是正的。(3)热敏电阻的温度系数约为,金属的温度系数为(铜),两者相比,热敏电阻的温度系数几乎大十几倍。所以,半导体电阻对温度变化的反应比金属电阻灵敏得多。 2.惠斯通电桥工作原理: 电路图如下 :四个电阻,组成一个四边形,既电桥
3、的四个臂,其中是待测电阻,闭合回路后,调节使得电流计示数为0,则有,由此计算出的电阻值;3.电桥灵敏度:是在电桥平衡的条件下推导出来的。电桥是否平衡是由检流计有无偏转来判断的,而检流计的灵敏度总是有限的。如实验中所用的张丝式检流计,其指针偏转一格所对应的电流约为,当通过它的电流比还小时,指针偏转小于0.1格,就很难觉察出来。假设电桥在时调到平衡,则有,这时若把改变一个微小量,电桥便失去平衡从而有电流流过检流计,如果小到检流计察觉不出来,那么人们仍然会认为电桥是平衡的,因而得到,就是由于检流计灵敏度不够高而带来的测量误差,引入电桥灵敏度S,定义为: (4)式中指的是电桥平衡后的微小改变量(实际上
4、待测电阻若不能改变,可通过改变标准电阻来测电桥灵敏度),是由于引起电桥偏离平衡时检流计的偏转格数,越大,说明电桥灵敏度越高,带来的测量误差就越小。 电桥的测量误差,除了检流计灵敏度的限制外,还有桥臂电阻和的不确定度带来的误差。一般来说,这些电阻可以制造的比较精确(误差为),标准电阻的误差为0.01%左右。另外,电源电压的误差,也对电桥的测量结果有影响。实验内容:1.接线,先将调压器输出调为零,测室温下的热敏电阻阻值,注意选择惠斯通电桥合适的量程。先调电桥至平衡得,改变为使检流计偏转一格,求出电桥灵敏度。再将调为,使检流计反方向偏转一格,求电桥灵敏度。求两次的平均值。2.调节变压器输出进行加温,
5、从开始起每隔测量一次,直至。然后绘出热敏电阻的特性曲线。在t=的点作出切线,由式(3)求出该点的切线的斜率及电阻温度系数。3.作曲线,确定式(1)中的常数和再由式(3)求出 (5) 4.比较式(3)和式(5)两个结果,试解释哪种方法求出的材料常熟B和电阻温度系数更准确。温度t升温时电阻值R电阻值对数2615937.3733743013817.2305633511507.04751740965.06.87212845781.26.66083150658.36.48966155550.46.31064560469.0635.98217270349.05.855072752
6、92.15.67709680252.25.53022285219.05.389072实验数据及处理: 特性曲线特性曲线 曲线(1) 灵敏度: 求平均值得电桥的灵敏度: (2):1根据特性曲线知道:拟合出的曲线方程为,所以。由此可求得时,。切线斜率由此根据式(3)得知电阻温度系数为:。2根据曲线改直后,直线的斜率,在y轴上的截距,由origin软件分析得到的数据可知,电阻温度系数()。3根据曲线改直后的图形所得的B和电阻常数更加准确一些。根据式(1)可得:。因此理论上来说,曲线应该是直线。一般来说,确定直线的参数要比确定曲线的参数要容易得多,因此用曲线改直后的图形所得到的结果要准确的多。 误差分析
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