用熱敏電阻測量溫度.doc

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實驗題目：用熱敏電阻測量溫度 實驗目的：了解熱敏電阻的電阻-溫度特性和測溫原理，掌握惠斯通電橋的原理和使用方法，學習坐標、曲線改直的技巧和用異號法消除零點誤差等方法。 實驗原理：1、半導體熱敏電阻的電阻-溫度特性 某些金屬氧化物半導體（如：Fe3O4、MgCr2O4等）的電阻與 溫度關(guān)系滿足式（1）： （1） 金屬的電阻與溫度的關(guān)系滿足（2）： （2） 根據(jù)定義，電阻的溫度系數(shù)可由式（3）來決定： （3） 兩種情況的電阻溫度曲線如又圖（1）圖（2）所示。 熱敏電阻的電阻-溫度特性與金屬的電阻-溫度特性比較，有 三個特點： （1） 熱敏電阻的電阻-溫度特性是非線性的（呈指數(shù)下降），而金屬的電阻-溫度特性是線性的。 （2） 熱敏電阻的阻值隨溫度的增加而減小，因此溫度系數(shù)是負的（）。金屬的溫度系數(shù)是正的（）。 （3） 半導體電阻對溫度變化的反應比金屬電阻靈敏得多。 這些差異的產(chǎn)生是因為當溫度升高時，原子運動加劇，對金屬中自由電子的運動有阻礙作用，故金屬的電阻隨溫度的升高而呈線性緩慢增加；而在半導體中是靠空穴導電，當溫度升高時，電子運動更頻繁，產(chǎn)生更多的空穴，從而促進導電。 2、惠斯通電橋的工作原理 原理圖如右圖所示： 若G中檢流為0，則B和D等勢，故此時，在檢流計的靈敏度范圍內(nèi)得到Rx的值。 當B和D兩點電位相等時，G中無電流通過，電橋便達到了平 衡。平衡時必有，R1/R2和R0都已知，Rx即可求出。R1/R2稱電橋的比例臂。 是在電橋平衡的條件下推導出來的。電橋是否平衡是由檢流計有無偏轉(zhuǎn)來判斷的,而檢流計的靈敏度總是有限的。引入電橋靈敏度S，定義為： （4） 式中ΔRx指的是在電橋平衡后Rx的微小改變量（實際上待測電阻Rx若不能改變，可通過改變標準電阻R0來測電橋靈敏度），Δn越大，說明電橋靈敏度越高，帶來的測量誤差就越小。 實驗內(nèi)容： 1． 按圖3.5.2-3接線，先將調(diào)壓器輸出調(diào)為零，測室溫下的熱敏電阻阻值，注意選擇惠斯通電橋合適的量程。先調(diào)電橋至平衡得R0，改變R0為R0+ΔR0，使檢流計偏轉(zhuǎn)一格，求出電橋靈敏度；再將R0改變?yōu)镽0-ΔR0，使檢流計反方向偏轉(zhuǎn)一格，求電橋靈敏度。求兩次的平均值（為什么要用這種方法測量？）答：（用異號發(fā)消除零點誤差）減小誤差。提高實驗精確度。 2． 調(diào)節(jié)變壓器輸出進行加溫，從15℃開始每隔5℃測量一次Rt，直到85℃。撤去電爐，使水溫慢冷卻，測量降溫過程中，各對應溫度點的Rt。求升溫和降溫時的各R的平均值，然后繪制出熱敏電阻的Rt-t特性曲線。在t=50℃的點作切線，由式（3）求出該點切線的斜率及電阻溫度系數(shù)α。 3． 作曲線，確定式（1）中的常數(shù)R∞和B，再由式（3）求α（50℃時）。 （5） 4． 比較式（3）和（5）兩個結(jié)果，試解釋那種方法求出的材料常數(shù)B和電阻溫度系數(shù)α更準確。 實驗器材：直流單臂電橋、檢流計、待測熱敏電阻和溫度計、調(diào)壓器 實驗桌號：9號 實驗數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理： 1、29℃ E=3V R0=1476Ω R0+△R0=1477Ω △n=2 R0-△R0=1475Ω △n=2 2、（1）溫度上升時溫度-電阻的關(guān)系 表1 溫度上升時溫度-電阻的關(guān)系 （2）溫度下降時溫度-電阻的關(guān)系 表2 溫度下降時溫度-電阻的關(guān)系 （3）各R的平均值-溫度的關(guān)系 表3 各R的平均值-溫度的關(guān)系 （4） 的關(guān)系 表4 的關(guān)系 實驗數(shù)據(jù)分析： 1、 靈敏度，， 。 2、 作出R-T曲線如下： 圖5 R-T曲線 讀出在50℃時候的斜率為-21.2，電阻值為641Ω，那么溫度系數(shù) （此單位是0C）? 3、做出曲線： 圖6 曲線 讀出，B=3542，那么可以求出溫度系數(shù) 兩個溫度系數(shù)的（你求得的兩溫度系數(shù)的量綱不一，不可比較）比較可知，后者絕對值大。 4、總結(jié)： 1) 用后一種方法求出的溫度系數(shù)值更加準確。這是因為在實驗過程中，要測量準每個溫度點所對應的電阻是相當困難的，且相當不準確，由于電阻變化很快，基本最后一位都是估計值。而且前幾位也不能保證絕對準確，所以有一定誤差，如果只用50℃附近的電阻值來計算溫度系數(shù)，不確定度就很大了。而用第二種方法，用的是（曲線改直法）整體的圖象法，所測的所有數(shù)值都與最后結(jié)果有關(guān)，因此可以在一定程度上減小這種誤差。 2) 本實驗誤差的主要是溫度所對應的電阻值的測定的不準確，其誤差較大，這主要是由于溫度計的不精確；還有由于溫度連續(xù)變化，導致熱敏電阻的阻值連續(xù)變化，不能正好調(diào)到始微安表示數(shù)為0的電阻，因此電阻誤差大。所以，本實驗的精確度并不高。 思考題： 1.如何提高電橋的靈敏度？ 答：（1）在不超過橋臂電阻額定功率的情況下，可適當提高電源的電壓。因為如果電壓升高，電流增大，檢流計指針偏轉(zhuǎn)就越大，Δn就大，由可知，靈敏度變高。 （2）適當選擇靈敏度高，內(nèi)阻低的靈敏電流計。 2.電橋選擇不同的量程時，對結(jié)果的準確度（有效數(shù)字）有何影響？ 答：（1）當橋臂的比值變大時，對于同樣的值，電阻箱表示的阻值變小，有效數(shù)字的位數(shù)變少，因此測量的值的準確度變小。 （2）當橋臂的比值變小時，對于同樣的值，電阻箱表示的阻值變大，有效數(shù)字的位數(shù)變多，因此測量的值的準確度變大。 3． 若玻璃溫度計的溫度示值與實際溫度有所差異，對實驗結(jié)果有什么影響？應如何保證所測的溫度之準確？ 答：（1）若玻璃溫度計的溫度示值比實際溫度偏小，則所測的阻值偏大；反之所測的阻值偏小。 （2）為了使溫度測量準確，應選用示數(shù)準確的溫度計且人的讀數(shù)不要出現(xiàn)讀數(shù)錯誤。還有就是由于水溫連續(xù)上升或下降，所以溫度計示數(shù)或人的讀數(shù)有延遲，所以要減慢加熱速度，使溫度計所示溫度僅可能得等于水溫。