1、評分： 大學物理實驗設計性實驗實 驗 報 告實驗題目：熱敏電阻改裝溫度計班 級：姓 名：學號：指導教師：*學院 物理系 大學物理實驗室實驗日期：2010年12 月10 日實驗6 用熱敏電阻改裝溫度計實驗提要實驗課題及任務熱敏電阻是阻值對溫度變化非常敏感的一種半導體。不同于導體的阻值溫度特性（溫度升高，阻值增大），半導體熱敏電阻的阻值溫度特性是當溫度升高，阻值降低。產生這種現象的原因是由于半導體中的載流子數目隨著溫度升高而按數激烈地增加，載流子的數目越多，導電能力越強，電阻率就越小。熱敏電阻溫度計是利用半導體的電阻值隨溫度急劇變化的特性而制作的，以半導體熱敏電阻為傳感器，通過測量其電阻值來確定溫

2、度的儀器。可以利用這種“非平衡電橋”的電路原理來實現對溫度的測量。用半導體熱敏電阻作為傳感器，設計制作一臺測溫范圍為4090的半導體溫度計。用熱敏電阻改裝溫度計實驗課題任務是：根據所學的知識，設計實驗把所給的熱敏電阻改裝成熱敏溫度計。學生根據自己所學的知識，并在圖書館或互聯網上查找資料，設計出用熱敏電阻改裝溫度計的整體方案，內容包括：(寫出實驗原理和理論計算公式，研究測量方法，寫出實驗內容和步驟。)，然后根據自己設計的方案，進行實驗操作，記錄數據，做好數據處理，得出實驗結果，按書寫科學論文的要求寫出完整的實驗報告。設計要求 通過查找資料，并到實驗室了解所用儀器的實物以及閱讀儀器使用說明書，了解

3、儀器的使用方法，找出所要測量的物理量，并推導出計算公式，在此基礎上寫出該實驗的實驗原理。 選擇實驗的測量儀器，設計出實驗方法和實驗步驟，要具有可操作性。 根據實驗情況自己確定所需的測量次數。實驗儀器惠斯通電橋，電阻箱，表頭，熱敏電阻，水銀溫度計，加熱電爐，燒杯等實驗所改裝的溫度計的要求（1）要求測量范圍在4080。（2）定標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（作為標準值），繪制出校正曲線。評分參考(10分) 正確寫出實驗原理和計算公式，2分。

4、正確的寫出測量方法，1分。 寫出實驗內容及步驟，1分。 正確的聯接儀器、正確操作儀器，2分。 正確的測量數據，1.5分。 寫出完整的實驗報告，2.5分。(其中實驗數據處理，1分；實驗結果，0.5分；整體結構，1分)學時分配實驗驗收，4學時，在實驗室內完成；教師指導(開放實驗室)和開題報告1學時。提交整體設計方案時間學生自選題后23周內完成實驗整體設計方案并提交。提交整體設計方案，要求電子版。用電子郵件發送到指導教師的電子郵箱里。思考題如何才能提高改裝熱敏溫度計的精確度？用熱敏電阻改溫度計.實驗目的：1了解熱敏電阻的溫度特性。2了解非平衡電橋在非電量測量中的應用。3設計以熱敏電阻溫度計算進行定標

5、。4繪制出熱敏電阻的電阻溫度特性曲線。實驗儀器：惠斯通電橋，熱敏電阻，水銀溫度計，水槽，燒杯等。實驗原理：1惠斯通電橋測量原理圖1是惠斯通電橋的原理圖。四個電阻R0、R1、R2、Rx連成四邊形，稱為電橋的四個臂。四邊形的一個對角線連有檢流計，稱為“橋”；四邊形的另一對角線接上電源，稱為電橋的“電源對角線”。E為線路中供電電源，學生實驗用雙路直流穩壓電源，電壓可在0-30V之間調節。R保護為較大的可變電阻，在電橋不平衡時取最大電阻作限流作用以保護檢流計；當電橋接近平衡時取最小值以提高檢流計的靈敏度。限流電阻用于限制電流的大小，主要目的在于保護檢流計和改變電橋靈敏度。電源接通時，電橋線路中各支路均

6、有電流通過。當C、D兩點之間的電位不相等時，橋路中的電流，檢流計的指針發生偏轉；當C、D兩點之間的電位不相等時，橋路中的電流，檢流計指針指零（檢流計的零點在刻度盤的中間），這時我們稱電橋處于平衡狀態。因此電橋處于平衡狀態時有： 于是 即。此式說明，電橋平衡時，電橋相對臂電阻的乘積相等。這就是電橋的平衡條件。根據電橋的平衡條件，若已知其中三個臂的電阻，就可以計算出另一個橋臂電阻，因此，電橋測電阻的計算式為 （1）電阻、為電橋的比率臂，為待測臂，為比較臂，作為比較的標準，實驗室常用電阻箱。由(1)式可以看出，待測電阻由比率值和標準電阻決定，比值可以作成10n，這是成品電橋常用的方法。檢流計在測量過

7、程中起判斷橋路有無電流的作用，只要檢流計有足夠的靈敏度來反映橋路電流的變化則電阻的測量結果與檢流計的精度無關，由于標準電阻可以制作得比較精密，所以利用電橋的平衡原理測電阻的準確度可以很高，大大優于伏安法測電阻，這也是電橋應用廣泛的重要原因。2熱敏電阻的基本特性：熱敏電阻的基本特性是溫度與電阻的變化關系。由于熱敏電阻是由半導體材料制成的，其中的載流子數目是隨著溫度的升高按指數規律迅速增加的。載流子數目越多，導電能力越強，其電阻率也就越小，因此熱敏電阻的電阻值隨著溫度的升高將按指數規律迅速減小。這和金屬中的自由電子的導電機制恰好相反，金屬中的電阻值是隨著溫度的上升而緩慢增大的。特性如圖2:熱敏電阻

8、直流電源惠斯通電橋電熱絲水銀溫度計容器水Rx3右圖為裝置圖：4非平衡電橋在非電量測量：熱敏電阻Rt 在惠斯通電橋的一個橋臂上，接通電源后，在某一參考溫度下（如40）調節電橋平衡，固定橋臂電阻不變，當溫度變化時，由于熱敏電阻Rt電阻值的變化，檢流計也隨溫度的變化而變化（即定標曲線）。即制成一只熱敏電阻溫度計。 5.熱敏電阻的溫度設計與定標:設計：實驗裝置如圖1，熱敏電阻與溫度計縛在一起(注意：熱敏電阻與溫度計的測熱位置應等高，以保證在燒杯中，兩者處在同一水層，準確測出熱敏電阻處的水溫)，放入盛有冷水的燒杯中，再把燒杯放入到盛有開水的水槽中，通過熱傳遞，熱量從水槽中的熱水傳給燒杯中的冷水，以改變燒

9、杯的水溫。熱敏電阻與一電阻相連接，電橋檢流計的位置應接一小量程電流表。設計要求電流表0刻度指示40，電流表滿偏刻度指示90。定標:在電橋平衡的條件下，若溫度變化使Rt值變化，電橋處于不平衡狀態，G中有電流流過。一定的溫度t對對應于一定的Rt，而Rt又對應于一定的It和G中的偏轉量。所以只要事先對G標定，就可以根據G的偏轉量連續地測量溫度。(1) 把燒杯的水溫加熱到40（用另一支水銀溫度計測出），此過程把水銀溫度計保留在燒杯中，但不要和杯墻接觸，使水溫保持在40。(事實上水溫很難保持恒溫，所以只能快到達要測定的溫度時提前調節)把縛著的熱敏電阻和水銀溫度計放入燒杯中，但不要和杯墻接觸。接通開關Kb

10、,KG，調節電橋橋臂（其中Rt就是待測熱敏電阻，R1、R2是純電阻， R0是可變電阻，為使電橋平衡應調節R0），使電流表指零。(2) 將熱敏電阻及溫度計保留在加熱燒杯中，將水加熱至80，保持12分鐘以使熱敏電阻充分受熱，調節滑線變阻器R,使電流表滿偏。(3)在4080范圍內改變燒杯的水溫，就能得到G表的不同示數，記錄下示數與與其對應的溫度，就能制成一只能直接讀出溫度的熱敏電阻溫度計了。實驗內容及步驟:1.儀器連接。按圖1連接好電路。2.熱敏電阻與溫度計縛在一起，放入盛有水的燒杯中，再把燒杯放入盛有開水的水槽中，留意檢流計G和溫度計的變化。從40°C開始，每隔5°C測量一次R

11、t，記下數據，直到80°C(共11個數據)。把燒杯移出水槽，使水慢慢冷卻，測量降溫過程中，各對應溫度點的Rt，記下數據(共11個數據)。比較升溫和降溫中同一 溫度的Rt。3. 求升溫和降溫時的各Rt的平均值，然后繪制出熱敏電阻的Rt-t特性曲線。4標定。取R2R3，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，RTR1，R3R2，電橋平衡，微安表指示為零，在80時, 微安表滿偏。然后根據各測量溫度所對應的電阻

12、調節電阻箱，在微安表上各偏轉量處刻上對應的溫度。5. 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（作為標準值）。數據處理：熱敏電阻阻值與溫度的關系表（升溫時）t（°C）Rt=R0()（降溫時）t（°C）Rt=R0()405606405586559645477244475647645039755039603968553479553489348460294060293429376525196525042512702129752136213375187975189018858016498016491649（表1）熱敏溫度計溫度t和水銀溫

13、度計溫度t1關系表t404550556065707580t140.044.849.254.359.764.369.674.180.000.20.80.70.30.70.40.90(表2)1熱敏阻值計算40時的阻值=(5606+5586)/2=5593;45時的阻值=(4772+4756)/2=4764;同理可得50-80時的熱敏阻值的。如（表1）2繪制熱敏阻值的-T曲線坐標紙圖1。3定標 4繪制校正曲線由（表2）可繪制校正曲線坐標紙圖25評定精確等級S=×100%=×100%=2.25%<2.5%由此可知該熱敏溫度計的精確等級為2.5。思考題如何才能提高改裝熱敏溫度計的精確度？答：（1）；測阻值時按下電阻箱的按鈕得超過3S以上，等到電流指針穩定下來才讀數。（2）；要確保熱水杯的水溫度均勻，以免由于水溫不均勻造成誤差。（3）；測量熱敏阻值應該多次測量求平均值。（4）；定標時熱敏電阻要靠近溫度