大学物理试验设计性试验
试验报告
姓名：李靖子
班级：2011级一班
精馏装置学号：2011012672
指导教师：
热电偶校验装置一、实验目的
1. 了解半导体和研究热敏电阻的温度特性
2. 设计测量温度范围为40°C—80°C的热敏电阻温度计。 0. 掌握用热敏电阻测量温度的原理和基本方法，通过试验会用热敏电阻改装温度计
4. 进一步掌握惠斯通电桥的原理及特点及非平衡电桥的输出特性。
5. 熟悉实验常用仪器的使用。
二、实验仪器
惠斯通电桥，电阻箱，表头，热敏电阻，电子温度计，滑动变阻器，微安表，加热电炉，保温瓶，烧杯等
三、实验原理
1. 热敏电阻的温度特性
热敏电阻是利用半导体电阻值随温度呈显著变化的特性制成的一种热敏元件。热敏电阻是具有负的电阻温度系数，电阻值随温度升高而迅速下降，这是因为热敏电阻由半导体制成，在这些半导体内部，自由电子数目随温度的升高增加的很快，导电能力很快增强，虽然原子振动也会加剧并阻碍电子的运动。但这样作用对导电性能的影响远小于电子被释放而改变导电性能的作用，所以温度上升会使电阻下降。
这样就可以测量电桥非平衡时通过桥路的电流大小来表征温度的高低。热敏电阻温度计的设计电路图如图2示。取R2＝R0，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R t 端，如果在0℃时，R T＝R1，R0＝R2，电桥平衡，微安表指示为零。温度越高，R t值越小，电桥越不平衡，通过表头的电流也就越大。反过来可以用通过表头的电流来表示被测温度的高低。
2. 惠斯通电桥原理
电桥平衡时，B、D之间的电势相等，测量未知电阻时利用电桥法可以减小实验误差。如图1所示即惠斯通电桥的电路图：
BD称为桥路R t、R 1、R 2、R 0为四个桥臂。由于电桥采取将待测电阻与标准电阻相比较的方法，同时，作为作平衡指示器的检流计只用来判断有无电流，并不需要提供读数，具有较高的灵敏度，因此用它测量电阻，能得到较为准确的。
当电桥平衡时B、D两点的电位相等，据两端为等电势的电路中不会存在电流的事实图中跨越在B、D间的检流计G用来判断这两点是否为等电势。闭合开关K1、K2如果检流计示数为零值桥路电流I g=0桥路达到平衡
有U B=U D,U AB=U AD,U BC=U DC（1）
由于I g=0，所以I1 =I t I2=I0
（2）
有 I1R1=I2R2 I t R t =I0R0（0）可得 RtR2=R1R0 （4）废盐焚烧炉选型
或 R t= R0 (5) 式(5)即为惠斯通电桥的平衡条件，也是用来测量未知电阻的原理公式。根据它的形式我们称R t为待测电阻。欲测R t，只要选择恰当的R 1、R 2、R 0阻值，使电桥平衡，就可用式(5)求得其阻值。这个关系式是由“电桥平衡”推出的结论。反之，也可以由这个关系式推证出“电桥平衡”来。由于要用热敏电阻改装成温度计必须知道热敏电阻的温度特性，所以可以用平衡电桥来测出不同温度下热敏电阻的阻值。
3. 热敏电阻的理论电阻—温度特性曲线如图2所示：
四、实验内容与步骤：
1、电阻—温度特性测定
(1)用热敏电阻代替图1所示惠斯通电路中的Rt 后接通电源，合上开关（先合K 1，再合K 2）。 (2)首先校准检流计的机械零点。
(3)把热敏电阻放入烧杯中，用加热电炉加热烧杯中的水，并用水银温度计测量水温。 (4)选择恰当的倍率（
2
1
R R 的值），接通电源，通过调节R 0的阻值，使电桥平衡，记录R 0的阻值，逐步升高水温，测出不同温度下的热敏电阻阻值。靶板
(5)从40℃开始，每隔5℃测量一组数据，读取不同温度时的观察数据，直到80℃为止。 (6)从80℃开始逐步降低水温，每隔5℃测量一次数据，直到40℃为止。
旋转角度传感器(7)算出升降温时各温度下R t 的平均值，根据式（5）算出对应温度下热敏电阻的阻值。 (8)根据测得的数据绘制热敏电阻的电阻—温度特性曲线图。
标准温度T(℃)
热敏电阻阻值R （Ω） 电阻平均值R （Ω） 升温 降温 40
45 50 55 60 65 70 75 80
2、用热敏电阻改装温度计
1、按图1接好电路，先将K2接在Rt上，取R2＝R0，R1值等于测温范围最低温度（40℃）时热敏电阻的阻值。调节R0使R t的值等于热敏电阻在80℃时的阻值时，微安表指针满偏。保持R0不变，通过调节R t的阻值等于不同温度下热敏电阻的阻值（40℃到80℃），对微安表进行定标。
2、定标后保持电路中各电阻阻值不变，把K2接在热敏电阻上，把热敏电阻放在烧杯中加热，并用水银温度计测量水温。
3、热敏电阻在40℃时，因为R T＝R1，R0＝R2，电桥平衡，微安表指示为零。
4、测量时，观察水银温度计，从40℃开始到80℃为止，每隔5℃读取微安表的指示值并与水
银温度计的值比较。升降温各测一次。
3、温度校正
1、用改装后的热敏电阻温度计测量多次不同温度的热水的温度，从40℃到80℃水银温度计每隔4℃读取一个对应温度下热敏温度计的指示值，分别记下用水银温度计和热敏温度计测的数据，将水银温度计测出的热水温度作为标准值。
2、根据测得的数据绘制出温度校正曲线图。作图时以热敏温度计的指示值作为横坐标轴，以偏差作为纵坐标轴。
水银温度计读
40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 数T0(℃)
热敏电阻读数
（升）（℃）
热敏电阻读数
（降）（℃）
热敏电阻读数搪瓷标牌
平均值T t
∆T=T0-T t
4、注意事项：
(1)接通电源前，电阻箱须调到预计值，以防通过检流计的电流过大，损坏检流计。
(2)B、G开关应短时间接通（一般以0秒为宜），通电时间长会导致电阻发热，引起阻值变化，接通时间过短会使测量数据误差过大。(实验经验告诉我，电阻的热效应是非常明显的，所以要每次快速调节，避免热效应引起的变化)
(3)进行试验时动作要迅速，以防水温发生变化，导致试验误差过大。
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