1、评分： 大学物理实验设计性实验实 验 报 告实验题目：热敏电阻改装温度计班 级：姓 名：学号：指导教师：*学院 物理系 大学物理实验室实验日期：2010年12 月10 日实验6 用热敏电阻改装温度计实验提要实验课题及任务热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体。不同于导体的阻值温度特性（温度升高，阻值增大），半导体热敏电阻的阻值温度特性是当温度升高，阻值降低。产生这种现象的原因是由于半导体中的载流子数目随着温度升高而按数激烈地增加，载流子的数目越多，导电能力越强，电阻率就越小。热敏电阻温度计是利用半导体的电阻值随温度急剧变化的特性而制作的，以半导体热敏电阻为传感器，通过测量其电阻值来确定温
2、度的仪器。可以利用这种“非平衡电桥”的电路原理来实现对温度的测量。用半导体热敏电阻作为传感器，设计制作一台测温范围为4090的半导体温度计。用热敏电阻改装温度计实验课题任务是：根据所学的知识，设计实验把所给的热敏电阻改装成热敏温度计。学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出用热敏电阻改装温度计的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤。)，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。设计要求 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解
3、仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 根据实验情况自己确定所需的测量次数。实验仪器惠斯通电桥，电阻箱，表头，热敏电阻，水银温度计，加热电炉，烧杯等实验所改装的温度计的要求（1）要求测量范围在4080。（2）定标时要求测量升温和降温中同一温度下热敏温度计的指示值（自己确定测量间隔，要达到一定的测量精度）。（3）改装后用所改装的温度计测量多次不同温度的热水的温度，同时用水银温度计测出此时的热水温度（作为标准值），绘制出校正曲线。评分参考(10分) 正确写出实验原理和计算公式，2分。
4、正确的写出测量方法，1分。 写出实验内容及步骤，1分。 正确的联接仪器、正确操作仪器，2分。 正确的测量数据，1.5分。 写出完整的实验报告，2.5分。(其中实验数据处理，1分；实验结果，0.5分；整体结构，1分)学时分配实验验收，4学时，在实验室内完成；教师指导(开放实验室)和开题报告1学时。提交整体设计方案时间学生自选题后23周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求电子版。用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里。思考题如何才能提高改装热敏温度计的精确度？用热敏电阻改温度计.实验目的：1了解热敏电阻的温度特性。2了解非平衡电桥在非电量测量中的应用。3设计以热敏电阻温度计算进行定标
5、。4绘制出热敏电阻的电阻温度特性曲线。实验仪器：惠斯通电桥，热敏电阻，水银温度计，水槽，烧杯等。实验原理：1惠斯通电桥测量原理图1是惠斯通电桥的原理图。四个电阻R0、R1、R2、Rx连成四边形，称为电桥的四个臂。四边形的一个对角线连有检流计，称为“桥”；四边形的另一对角线接上电源，称为电桥的“电源对角线”。E为线路中供电电源，学生实验用双路直流稳压电源，电压可在0-30V之间调节。R保护为较大的可变电阻，在电桥不平衡时取最大电阻作限流作用以保护检流计；当电桥接近平衡时取最小值以提高检流计的灵敏度。限流电阻用于限制电流的大小，主要目的在于保护检流计和改变电桥灵敏度。电源接通时，电桥线路中各支路均
6、有电流通过。当C、D两点之间的电位不相等时，桥路中的电流，检流计的指针发生偏转；当C、D两点之间的电位不相等时，桥路中的电流，检流计指针指零（检流计的零点在刻度盘的中间），这时我们称电桥处于平衡状态。因此电桥处于平衡状态时有： 于是 即。此式说明，电桥平衡时，电桥相对臂电阻的乘积相等。这就是电桥的平衡条件。根据电桥的平衡条件，若已知其中三个臂的电阻，就可以计算出另一个桥臂电阻，因此，电桥测电阻的计算式为 （1）电阻、为电桥的比率臂，为待测臂，为比较臂，作为比较的标准，实验室常用电阻箱。由(1)式可以看出，待测电阻由比率值和标准电阻决定，比值可以作成10n，这是成品电桥常用的方法。检流计在测量过
7、程中起判断桥路有无电流的作用，只要检流计有足够的灵敏度来反映桥路电流的变化则电阻的测量结果与检流计的精度无关，由于标准电阻可以制作得比较精密，所以利用电桥的平衡原理测电阻的准确度可以很高，大大优于伏安法测电阻，这也是电桥应用广泛的重要原因。2热敏电阻的基本特性：热敏电阻的基本特性是温度与电阻的变化关系。由于热敏电阻是由半导体材料制成的，其中的载流子数目是随着温度的升高按指数规律迅速增加的。载流子数目越多，导电能力越强，其电阻率也就越小，因此热敏电阻的电阻值随着温度的升高将按指数规律迅速减小。这和金属中的自由电子的导电机制恰好相反，金属中的电阻值是随着温度的上升而缓慢增大的。特性如图2:热敏电阻
8、直流电源惠斯通电桥电热丝水银温度计容器水Rx3右图为装置图：4非平衡电桥在非电量测量：热敏电阻Rt 在惠斯通电桥的一个桥臂上，接通电源后，在某一参考温度下（如40）调节电桥平衡，固定桥臂电阻不变，当温度变化时，由于热敏电阻Rt电阻值的变化，检流计也随温度的变化而变化（即定标曲线）。即制成一只热敏电阻温度计。 5.热敏电阻的温度设计与定标:设计：实验装置如图1，热敏电阻与温度计缚在一起(注意：热敏电阻与温度计的测热位置应等高，以保证在烧杯中，两者处在同一水层，准确测出热敏电阻处的水温)，放入盛有冷水的烧杯中，再把烧杯放入到盛有开水的水槽中，通过热传递，热量从水槽中的热水传给烧杯中的冷水，以改变烧
9、杯的水温。热敏电阻与一电阻相连接，电桥检流计的位置应接一小量程电流表。设计要求电流表0刻度指示40，电流表满偏刻度指示90。定标:在电桥平衡的条件下，若温度变化使Rt值变化，电桥处于不平衡状态，G中有电流流过。一定的温度t对对应于一定的Rt，而Rt又对应于一定的It和G中的偏转量。所以只要事先对G标定，就可以根据G的偏转量连续地测量温度。(1) 把烧杯的水温加热到40（用另一支水银温度计测出），此过程把水银温度计保留在烧杯中，但不要和杯墙接触，使水温保持在40。(事实上水温很难保持恒温，所以只能快到达要测定的温度时提前调节)把缚着的热敏电阻和水银温度计放入烧杯中，但不要和杯墙接触。接通开关Kb
10、,KG，调节电桥桥臂（其中Rt就是待测热敏电阻，R1、R2是纯电阻， R0是可变电阻，为使电桥平衡应调节R0），使电流表指零。(2) 将热敏电阻及温度计保留在加热烧杯中，将水加热至80，保持12分钟以使热敏电阻充分受热，调节滑线变阻器R,使电流表满偏。(3)在4080范围内改变烧杯的水温，就能得到G表的不同示数，记录下示数与与其对应的温度，就能制成一只能直接读出温度的热敏电阻温度计了。实验内容及步骤:1.仪器连接。按图1连接好电路。2.热敏电阻与温度计缚在一起，放入盛有水的烧杯中，再把烧杯放入盛有开水的水槽中，留意检流计G和温度计的变化。从40C开始，每隔5C测量一次Rt，记下数据，直到80C
11、(共11个数据)。把烧杯移出水槽，使水慢慢冷却，测量降温过程中，各对应温度点的Rt，记下数据(共11个数据)。比较升温和降温中同一 温度的Rt。3. 求升温和降温时的各Rt的平均值，然后绘制出热敏电阻的Rt-t特性曲线。4标定。取R2R3，R1值等于测温范围最低温度（40）时热敏电阻的阻值。R4是校正满刻度电流用的。取R4值等于测温范围最高温度（80）时热敏电阻的阻值。测量时首先把S2接在R4端，改变W使微安表指示满刻度，然后再把S2接在RT端，如果在40时，RTR1，R3R2，电桥平衡，微安表指示为零，在80时, 微安表满偏。然后根据各测量温度所对应的电阻调节电阻箱，在微安表上各偏转量处刻上
12、对应的温度。5. 改装后用所改装的温度计测量多次不同温度的热水的温度，同时用水银温度计测出此时的热水温度（作为标准值）。数据处理：热敏电阻阻值与温度的关系表（升温时）t（C）Rt=R0()（降温时）t（C）Rt=R0()405606405586559645477244475647645039755039603968553479553489348460294060293429376525196525042512702129752136213375187975189018858016498016491649（表1）热敏温度计温度t和水银温度计温度t1关系表t404550556065707580t1
13、40.044.849.254.359.764.369.674.180.000.20.80.70.30.70.40.90(表2)1热敏阻值计算40时的阻值=(5606+5586)/2=5593;45时的阻值=(4772+4756)/2=4764;同理可得50-80时的热敏阻值的。如（表1）2绘制热敏阻值的-T曲线坐标纸图1。3定标 4绘制校正曲线由（表2）可绘制校正曲线坐标纸图25评定精确等级S=100%=100%=2.25%2.5%由此可知该热敏温度计的精确等级为2.5。思考题如何才能提高改装热敏温度计的精确度？答：（1）；测阻值时按下电阻箱的按钮得超过3S以上，等到电流指针稳定下来才读数。（2）；要确保热水杯的水温度均匀，以免由于水温不均匀造成误差。（3）；测量热敏阻值应该多次测量求平均值。（4）；定标时热敏电阻要靠近温度计的水银球,以免由于水温不均匀而造成误差。心得体会答：通过这个设计性实验完成，培养我们创新意识和动手能力，实验题目的选取要我们能够将所学的理论知识综合运用到实验的全过程，提高我们分析和解决问题的综合能力。这是发挥自己才能的最好机会，体现了我们的个性，锻炼和培养了创新能力和操作技能。因为是自己选择的实验项目，就会尽心尽力去完成，也增加了我们的责任感以及完成实验过程的成就感，因而激发自己的学习热情，对自己以后成长大有益处。 9
