熱敏電阻數(shù)字溫度計的設(shè)計與制作

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實(shí) 驗 報 告 評分： 大學(xué)物理實(shí)驗設(shè)計性實(shí)驗 實(shí)《用熱敏電阻改裝溫度計》實(shí)驗提要 設(shè)計要求 ⑴ 通過查找資料，并到實(shí)驗室了解所用儀器的實(shí)物以及閱讀儀器使用說明書，了解儀器的使用方法，找出所要測量的物理量，并推導(dǎo)出計算公式，在此基礎(chǔ)上寫出該實(shí)驗的實(shí)驗原理。 ⑵ 選擇實(shí)驗的測量儀器，設(shè)計出實(shí)驗方法和實(shí)驗步驟，要具有可操作性。 ⑶ 根據(jù)實(shí)驗情況自己確定所需的測量次數(shù)。 實(shí)驗儀器 惠斯通電橋，電阻箱，表頭，熱敏電阻，水銀溫度計，加熱電爐，燒杯等 實(shí)驗所改裝的溫度計的要求 （1）要求測量范圍在40℃~80℃。 （2）定標(biāo)時要求測量升溫和降溫中同一溫度下熱敏溫度計的指示值（自己確定測量間隔，要達(dá)到一定的測量精度）。 （3）改裝后用所改裝的溫度計測量多次不同溫度的熱水的溫度，同時用水銀溫度計測出此時的熱水溫度（作為標(biāo)準(zhǔn)值），繪制出校正曲線。 提交整體設(shè)計方案時間 學(xué)生自選題后2~3周內(nèi)完成實(shí)驗整體設(shè)計方案并提交。提交整體設(shè)計方案，要求電子版。用電子郵件發(fā)送到指導(dǎo)教師的電子郵箱里。 思考題 如何才能提高改裝熱敏溫度計的精確度？ 用熱敏電阻改裝溫度計 實(shí)驗?zāi)康模? 1．了解熱敏電阻的特性； 2．掌握用熱敏電阻測量溫度的基本原理和方法； 3．進(jìn)一步掌握惠斯通電橋的原理及應(yīng)用。 實(shí)驗儀器： 惠斯通電橋，電阻箱，熱敏電阻，水銀溫度計，滑動變阻器，微安表，加熱電爐，燒杯等 實(shí)驗原理： 1． 惠斯通電橋原理 惠斯通電橋原理電路圖如圖1所示。當(dāng)電橋平衡時，B，D之間的電勢相等， 橋路電流 I＝0，B,D之間相當(dāng)于開路，則UB=UD;I1=Ix,I2=I0; 于是I1R1=I2R2,I1RX=I2R0 由此得R1/RX=R2/R0 或 RX=R0R1/R2 （1） （1）式即為惠斯通電橋的平衡條件，也是用來測量 電阻的原理公式。欲求RX，調(diào)節(jié)電橋平衡后，只要知道 R1,R2,R0的阻值，即可由(1)式求得其阻值。 2.熱敏電阻溫度計原理 熱敏電阻是具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，電阻值隨溫度升高而迅速下降，這是因為熱敏電阻由半導(dǎo)體制成，在這些半導(dǎo)體內(nèi)部，自由電子數(shù)目隨溫度的升高增加的很快，導(dǎo)電能力很快增強(qiáng)，雖然原子振動也會加劇并阻礙電子的運(yùn)動。但這樣作用對導(dǎo)電性能的影響遠(yuǎn)小于電子被釋放而改變導(dǎo)電性能的作用，所以溫度上升 會使電阻下降。 這樣我們就可以測量電橋非平衡時通過橋路的電流大小來表征溫度的高低。 熱敏電阻溫度計的設(shè)計電路圖如圖2示 取R2＝R3，R1值等于測溫范圍最低溫度（40℃）時熱敏電阻的阻值。R4是校正滿刻度電流用的。取R4值等于測溫范圍最高溫度（80℃）時熱敏電阻的阻值。測量時首先把S2接在R4端，改變W使微安表指示滿刻度，然后再把S2接在RT端，如果在40℃時，RT＝R1，R3＝R2，電橋平衡，微安表指示為零。溫度越高，RT值越小，電橋越不平衡，通過表頭的電流也就越大。反過來可以用通過表頭的電流來表示被測溫度的高低。 3．熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線如圖3所示： 圖3熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線圖 可以看出其阻值隨溫度升高而很快減小，用它來設(shè)計測溫計或傳感器是很靈敏的。為了用它來制作測溫計，首先要測定它的電阻—溫度特性。 實(shí)驗步驟： 1．電阻－溫度特性的測定 1）.把上述熱敏電阻接在圖1所示的電橋臂中，圖中檢流計用50微安的微安表，R0為電阻箱，取R1＝R2,即取倍率為1。 2）. 把熱效電阻放在燒杯中，加熱燒杯中的水，用0．2℃分度值的水銀溫度計測量水溫。 3）.接通電橋電源，再調(diào)節(jié)R0，使電橋平衡，逐步提高水溫，測出不同溫度下的熱敏電阻阻值(從40℃開始至80℃,每隔5℃測量一次)。 4). 逐步降低水溫,重復(fù)3)操作,并取升溫過程和降溫過程中在該溫度下的電阻的平均值為熱敏電阻在該溫度時的阻值。 2．用熱敏電阻改裝溫度計 1）.取R2＝R3，R1值等于測溫范圍最低溫度（40℃）時熱敏電阻的阻值。R4是校正滿刻度電流用的。取R4值等于測溫范圍最高溫度（80℃）時熱敏電阻的阻值。 2）.先把S2接在R4端，改變W使微安表指示滿刻度，然后再把S2接在RT端，如果在40℃時，RT＝R1，R3＝R2，電橋平衡，微安表指示為零。 3）.定標(biāo)時，每升高（降低）5℃時，用阻值相當(dāng)?shù)碾娮璐鏌崦綦娮?，以減少因溫度不穩(wěn)定而造成的誤差。 4）.定標(biāo)后，微安表上共有40小格，每一小格表征1℃，零刻度處表征40℃，滿偏處表征80℃。 3、溫度校正 1、用改裝后的熱敏電阻溫度計測量多次不同溫度的熱水的溫度，測量時，從40℃開始每隔4℃取一組觀測數(shù)據(jù),同時用水銀溫度計測出此時的熱水溫度（作為標(biāo)準(zhǔn)值）。 2、根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)繪制出溫度校正曲線。 實(shí)驗數(shù)據(jù)： 表1 電阻－溫度特性測定數(shù)據(jù)表 標(biāo)準(zhǔn)溫度 T（℃） 熱敏電阻阻值R（Ω） 阻值平均值 （） 升溫 降溫 40 5213 5173 5193 45 4453 4475 4464 50 3896 3868 3882 55 3366 3340 3353 60 2886 2898 2892 65 2526 2530 2528 70 2178 2226 2202 75 1924 1916 1920 80 1672 1716 1694 表2 溫度校正數(shù)據(jù)表 熱敏溫度計讀數(shù)Tt（℃） 40.3 43.5 48.2 51.4 56.8 60.5 63.3 68.6 72.7 76.4 79.6 水銀溫度計讀數(shù)Ts（℃） 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 △T＝Tt- Ts（℃） +0.3 -0.5 +0.2 -0.6 +0.8 +0.5 -0.7 +0.6 +0.7 +0.4 -0.4 數(shù)據(jù)處理: 1. 根據(jù)表1繪制熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線; 2. 根據(jù)表2繪制溫度校正曲線圖(見坐標(biāo)紙) 6