熱敏電阻數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作

實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 評(píng)分： 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)用熱敏電阻改裝溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)提要設(shè)計(jì)要求 通過(guò)查找資料，并到實(shí)驗(yàn)室了解所用儀器的實(shí)物以及閱讀儀器使用說(shuō)明書(shū)，了解儀器的使用方法，找出所要測(cè)量的物理量，并推導(dǎo)出計(jì)算公式，在此基礎(chǔ)上寫(xiě)出該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理。 選擇實(shí)驗(yàn)的測(cè)量?jī)x器，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟，要具有可操作性。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況自己確定所需的測(cè)量次數(shù)。實(shí)驗(yàn)儀器惠斯通電橋，電阻箱，表頭，熱敏電阻，水銀溫度計(jì)，加熱電爐，燒杯等實(shí)驗(yàn)所改裝的溫度計(jì)的要求（1）要求測(cè)量范圍在4080。（2）定標(biāo)時(shí)要求測(cè)量升溫和降溫中同一溫度下熱敏溫度計(jì)的指示值（自己確定測(cè)量間隔，要達(dá)到一定的測(cè)量精度）。（3）改裝后用所改裝的溫度計(jì)測(cè)量多次不同溫度的熱水的溫度，同時(shí)用水銀溫度計(jì)測(cè)出此時(shí)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(jì)方案時(shí)間學(xué)生自選題后23周內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)整體設(shè)計(jì)方案并提交。提交整體設(shè)計(jì)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(jì)的精確度？用熱敏電阻改裝溫度計(jì) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解熱敏電阻的特性；2掌握用熱敏電阻測(cè)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(yàn)儀器： 惠斯通電橋，電阻箱，熱敏電阻，水銀溫度計(jì)，滑動(dòng)變阻器，微安表，加熱電爐，燒杯等實(shí)驗(yàn)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(shí)，B，D之間的電勢(shì)相等，橋路電流 I0，B,D之間相當(dāng)于開(kāi)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(lái)測(cè)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(jì)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?yàn)闊崦綦娮栌砂雽?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(dòng)也會(huì)加劇并阻礙電子的運(yùn)動(dòng)。但這樣作用對(duì)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(huì)使電阻下降。這樣我們就可以測(cè)量電橋非平衡時(shí)通過(guò)橋路的電流大小來(lái)表征溫度的高低。熱敏電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì)電路圖如圖2示取R2R3，R1值等于測(cè)溫范圍最低溫度（40）時(shí)熱敏電阻的阻值。R4是校正滿刻度電流用的。取R4值等于測(cè)溫范圍最高溫度（80）時(shí)熱敏電阻的阻值。測(cè)量時(shí)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(shí)，RTR1，R3R2，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(guò)表頭的電流也就越大。反過(guò)來(lái)可以用通過(guò)表頭的電流來(lái)表示被測(cè)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(lái)設(shè)計(jì)測(cè)溫計(jì)或傳感器是很靈敏的。為了用它來(lái)制作測(cè)溫計(jì)，首先要測(cè)定它的電阻溫度特性。實(shí)驗(yàn)步驟： 1電阻溫度特性的測(cè)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(jì)用50微安的微安表，R0為電阻箱，取R1R2,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02分度值的水銀溫度計(jì)測(cè)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(cè)出不同溫度下的熱敏電阻阻值(從40開(kāi)始至80,每隔5測(cè)量一次)。4). 逐步降低水溫,重復(fù)3)操作,并取升溫過(guò)程和降溫過(guò)程中在該溫度下的電阻的平均值為熱敏電阻在該溫度時(shí)的阻值。 2用熱敏電阻改裝溫度計(jì)1）.取R2R3，R1值等于測(cè)溫范圍最低溫度（40）時(shí)熱敏電阻的阻值。R4是校正滿刻度電流用的。取R4值等于測(cè)溫范圍最高溫度（80）時(shí)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(shí)，RTR1，R3R2，電橋平衡，微安表指示為零。3）.定標(biāo)時(shí)，每升高（降低）5時(shí)，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(jì)測(cè)量多次不同溫度的熱水的溫度，測(cè)量時(shí)，從40開(kāi)始每隔4取一組觀測(cè)數(shù)據(jù),同時(shí)用水銀溫度計(jì)測(cè)出此時(shí)的熱水溫度（作為標(biāo)準(zhǔn)值）。2、根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制出溫度校正曲線。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 表1 電阻溫度特性測(cè)定數(shù)據(jù)表標(biāo)準(zhǔn)溫度T（）熱敏電阻阻值R（） 阻值平均值 （）升溫降溫405213517351934544534475446450389638683882553366334033536028862898289265252625302528702178222622027519241916192080167217161694 表2 溫度校正數(shù)據(jù)表熱敏溫度計(jì)讀數(shù)Tt（）40.343.548.251.456.860.563.368.672.776.479.6水銀溫度計(jì)讀數(shù)Ts（）4044485256606468727680TTt- 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(jiàn)坐標(biāo)紙) 6