熱敏電阻溫度計的設(shè)計 實驗報告

1、大連理工大學(xué)成 績教師簽字大 學(xué) 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學(xué)院 專業(yè) 材料物理 班級 0705 姓 名 童凌煒 學(xué)號 200767025 實驗臺號 實驗時間 2008 年 11 月 25 日，第14周，星期 二 第 5-6 節(jié)實驗名稱 熱敏電阻溫度計的設(shè)計 教師評語 實驗?zāi)康呐c要求：（1） 掌握電阻溫度計測量溫度的基本原理和方法。（2） 設(shè)計和組裝一個熱敏電阻溫度計。主要儀器設(shè)備：穩(wěn)壓電源， 自制電橋盒（如右下圖所示）， 直流單臂電橋箱和熱敏電阻感溫原件等。實驗原理和內(nèi)容：熱敏電阻溫度計的工作原理由于熱敏電阻的阻值具有隨溫度變化而變化的性質(zhì)， 我們可以將熱敏電阻作為一個感溫原件，

2、以阻值的變化來體現(xiàn)環(huán)境溫度的變化。 但是阻值的變化量以直接測量的方式獲得可能存在較大的誤差， 因此要將其轉(zhuǎn)化為一個對外部條件變化更加敏感的物理量； 本實驗中選擇的是電流， 通過電橋可以將電阻阻值的變化轉(zhuǎn)化為電流（電壓）的變化。電橋的結(jié)構(gòu)如右圖所示， R1、R2、R3為可調(diào)節(jié)電阻， Rt為熱敏電阻。 當四個電阻值選擇適當時， 可以使電橋達到平衡， 即AB之間（微安表頭）沒有電流流過， 微安表指零； 當Rt發(fā)生變化時， 電橋不平衡， AB間有電流流過， 可以通過微安表讀出電流大小， 從而進一步表征溫度的變化。當電橋不平衡時， 可以描繪成如右側(cè)的電路圖。 根據(jù)基爾霍夫定律和R1=R2的條件， 能夠求

3、得微安表在非平衡狀態(tài)下的電流表達式：式中， Ucd為加載在電橋兩端的電壓， Rg為微安表頭的內(nèi)阻值。可以見到， 為使Ig為相關(guān)于Rt的單值函數(shù)， R1、R2、R3和Ucd必須為定值， 而其定制的大小則決定于以下兩個因素：1） 熱敏電阻的電阻-溫度特性。2） 所設(shè)計的溫度計的測溫上限t1和測溫下限t2。步驟與操作方法：1. 溫度計的設(shè)計（1） 測出所選擇的熱敏電阻Rt-t曲線（或由實驗室給出）。（2） 確定R1、R2、R3的阻值。 具體方法如下：該實驗中， t1=20，t2=70, 對應(yīng)Rt-t曲線可以得到Rt1和Rt2； Rg由實驗室給出， Ucd取值為1.3V， 由微安表面板上可讀出Igm=

4、50A。根據(jù)電橋關(guān)系， 有R1=R2， R3= Rt1， Rt= Rt2， Ig=Igm；再將以上量代入關(guān)系式：， 計算得到R1和R2的值。2. 溫度計的調(diào)試（1） 將面板上的開關(guān)扳向下方， 將R1和R2調(diào)節(jié)到方才的計算值之后， 保持不變。（2） 將微安表接入電路， Rt先用一個四位旋鈕式的電阻箱代替接入E、D兩點， 并鏈接其余電路和電源。（3） 將電阻箱調(diào)至Rt1的計算值， 打開電源，調(diào)節(jié)R3使微安表指零，此時R3調(diào)節(jié)完畢， 有R3= Rt1。（4） 將電阻箱調(diào)節(jié)至Rt2，然后調(diào)節(jié)R，使微安表滿偏， Ucd調(diào)節(jié)完畢。3. 溫度計的定標（1） 調(diào)節(jié)電阻箱， 使其阻值分別為熱敏電阻在25，30，

5、3565一系列溫度下的阻值， 并記錄微安表的指針位置。（2） 去掉電阻箱， 接通R4， 調(diào)節(jié)R4阻值， 使微安表滿偏， 此時有R4= Rt2， 調(diào)節(jié)完畢。 （3） 最后將面板開關(guān)扳向上方使熱敏電阻接入電路ED兩點， 此時熱敏電阻溫度計制作成功。4. 溫度的測量（1） 首先斷開熱敏電阻Rt， 接通電源觀察微安表是否滿偏； 如果不滿偏則調(diào)節(jié)R4使其滿偏， 以校準溫度計。（2） 重新將熱敏電阻接入電路中， 然后將其插入盛水的燒杯中， 測量水溫。 水溫通過溫控儀改變， 對比熱敏電阻溫度計測得的數(shù)據(jù)和溫控儀上顯示的溫度值， 并記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄與處理：在實驗中獲得的數(shù)據(jù)如下：（1） 初始固定數(shù)據(jù)t1=2

6、0, Rt1=4200; t2=70, Rt2=875Rg=3.94k, Igm=50A, Ucd=1.3VR3=Rt1=4200代入公式得到R1=R2=7706（2） 溫度計的定標數(shù)據(jù)T()2025303540455055606570Ig(A)0.05.112.218.024.929.833.838.243.047.150.0R()4200362029722526216718281576135511651002875（3） 實際溫度測量數(shù)據(jù)溫控儀顯示溫度T=40.9， 微安表讀數(shù)Ig=24.9A結(jié)果與分析：（1） t-Ig表如數(shù)據(jù)記錄部分中表格所示。（2） 根據(jù)如上所示的t-Ig關(guān)系表， 繪

7、制成如下的數(shù)據(jù)點圖， 并進行指數(shù)型的擬合：并且可以得到該曲線的擬合方程 （3） 根據(jù)列表的數(shù)據(jù)， 刻畫出微安表的表度盤示意圖如下：（4） 計算實際溫度與所測溫度的百分比誤差：已知實際溫度為40.9時， 微安表的示數(shù)為24.9A；由t-Ig數(shù)據(jù)表可以得到， 該電流對應(yīng)的溫度測量值為40;則測量值與真實值的百分誤差為討論、建議與質(zhì)疑：（1） 由實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果可見， 自行設(shè)計的溫度計的測量結(jié)果與實際溫度存在一定的誤差， 其原因可能有一下幾點引起：A） 電阻調(diào)節(jié)不精確。 用平衡電橋箱調(diào)節(jié)電阻時， 由于微安表靈敏度很大， 指針晃動，讀數(shù)不穩(wěn)定， 所以調(diào)節(jié)所得到的R1和R2與計算值之間存在一定的誤差； 調(diào)

8、節(jié)R3和R時， 微安表的讀數(shù)誤差也會導(dǎo)致這兩個電阻的調(diào)節(jié)誤差出現(xiàn)。B） 電路中的接觸電阻。 該實驗電路為學(xué)生自行連接， 由于實驗儀器長期使用， 各接觸點存在氧化， 磨損的情況， 可能會導(dǎo)致有接觸電阻， 從而導(dǎo)致電橋電路的參數(shù)與理論值出現(xiàn)偏差，繼而造成實驗誤差。C） 熱敏電阻的儀器結(jié)構(gòu)。 本實驗所用的熱敏電阻是套在玻璃管內(nèi)再裝入輻射加熱器中的， 這可能會導(dǎo)致熱敏電阻所處的環(huán)境溫度與加熱器所顯示的內(nèi)部溫度不一致， 從而導(dǎo)致測量誤差。D） 實驗者操作造成的誤差。 由于熱敏電阻連線較短， 故進行實驗時， 不得不將電橋盒拿在手里進行讀數(shù)； 實驗中發(fā)現(xiàn)， 手的晃動會造成微安表頭的讀數(shù)不穩(wěn)定， 這也是造成實

9、驗結(jié)果存在誤差的原因之一。（2） 根據(jù)本實驗的原理進行引申， 從而推斷出， 使用非平衡電橋也可以測量電阻。 觀察數(shù)據(jù)記錄部分的t-Ig表， 可以看到有一組R值沒有被使用。 而R和Ig之間也存在一定的關(guān)系， 將各個數(shù)據(jù)對（R，Ig）表現(xiàn)在平面坐標上后， 在通過回歸模擬得到R-Ig關(guān)系方程， 便達到了用電流值來表現(xiàn)電阻值的目的， 從而可以通過讀取微安表讀數(shù)Tg測量電阻值。（測量時， 將熱敏電阻Rt替換成待測電阻Rx即可）（3） 關(guān)于本實驗的體會與建議。a) 由本實驗的原理上， 我學(xué)到了一種實驗思想， 即通過確切的可以測量的量來表示另一個不可精確測量的量； 本實驗中即使用電流來表現(xiàn)電阻值的變化， 進一步表現(xiàn)溫度的變化。 利用某一些原件的自身性質(zhì)能夠隨外界某種環(huán)境因素的變化而變化的特點， 便可以制作某種特定的儀器來達到這種“不變測量的物理量向便于測量的物理量轉(zhuǎn)化”的測量思想， 這在許多實驗設(shè)計， 乃至生產(chǎn)實際應(yīng)用中， 都是有一定意義的。b) 從實驗操作的過程中我認識到了實驗電路連接細致的重要性。 本實驗中電路連接錯誤或者連接中存在接觸不良等現(xiàn)象， 都會導(dǎo)致最終測量結(jié)果存在較大的偏差甚至導(dǎo)致實驗無法完成； 因此說明了電路連接的正確性在涉及電方面內(nèi)容的實驗中的重要性， 這是不容忽視的， 實驗中可能只是導(dǎo)致結(jié)果錯誤， 而實