《热敏电阻测温度》.docVIP

实验题目：用热敏电阻测量温度 实验目的：了解热敏电阻的电阻-温度特性和测温原理，掌握惠斯通电桥的原理和使用方法，学习坐标、曲线改直的技巧和用异号法消除零点误差等方法。 实验原理：1.半导体热敏电阻的电阻-温度特性 某些金属氧化物半导体（如：Fe3O4、MgCr2O4等）的电阻与温度关系满足： （1） 式中RT是温度T时的热敏电阻阻值，R∞是T趋于无穷时热敏电阻的阻 值，B是热敏电阻的材料常数，T为热力学温度。 金属的电阻与温度的关系满足： （2） 式中α是与金属材料温度特性有关的系数，Rt1、Rt2分别对应于温度t1、 t2时的电阻值。 根据定义，电阻的温度系数有： （3） Rt是在温度为t时的电阻值。 两种情况的电阻温度曲线如图（1）和图（2）所示。 热敏电阻的电阻-温度特性与金属的电阻-温度特性比较，有三个特点： （1）热敏电阻的电阻-温度特性是非线性的（呈指数下降），而金属的电 阻-温度特性是线性的。 （2）热敏电阻的阻值随温度的增加而减小，因此温度系数是负的（）。金属的温度系数 是正的 （）。 （3）半导体电阻对温度变化的反应比金属电阻灵敏得多。 这些差异的产生是因为当温度升高时，原子运动加剧，对金属中自由电子的运动有阻碍作用，故金属的电阻随温度的升高而呈线性缓慢增加；而在半导体中是靠空穴导电，当温度升高时，电子运动更频繁，产生更多的空穴，从而促进导电。 惠斯通电桥的工作原理 原理图如右图所示： 若G中检流为0，则B和D等势，故此时，在检流计的灵敏度范围内得到Rx的值。当B和D两点电位相等时，G中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必有，R1/R2和R0都已知，Rx即可求出。R1/R2称电桥的比例臂。 是在电桥平衡的条件下推导出来的。电桥是否平衡是由检流计有无偏转来判断的,而检流 计的灵敏度总是有限的。引入电桥灵敏度S，定义为： （4） 式中ΔRx指的是在电桥平衡后Rx的微小改变量（实际上待测电阻Rx若不能改变，可通过改变标准电阻 R0来测电桥灵敏度），Δn越大，说明电桥灵敏度越高，带来的测量误差就越小。 实验内容：1.按图4接线，先将调压器输出调为零，测室温下的热敏电阻阻值，注意 选择惠斯通电桥合适的量程。先调电桥至平衡得R0，改变R0为R0+ΔR0， 使检流计偏转一格，求出电桥灵敏度；再将R0改变为R0-ΔR0，使检流计 反方向偏转一格，求电桥灵敏度。求两次的平均值（为什么要用这种方 法测量？）。 答：本实验通过在该点处的正负测量来减小误差，提高实验精确度。 2.调节变压器输出进行加温，从15℃开始每隔5℃测量一次Rt，直到85℃。 撤去电炉，使水温慢冷却，测量降温过程中，各对应温度点的Rt。求升 温和降温时的各R的平均值，然后绘制出热敏电阻的Rt-t特性曲线。在 t=50℃的点作切线，由式（3）求出该点切线的斜率及电阻温度系数 α。 3.作曲线，确定式（1）中的常数R∞和B，再由式（3）求α（50℃时）。 （5） 4.比较式（3）和（5）两个结果，试解释那种方法求出的材料常数B和电阻温度系数α更准确。 一些实验注意事项和具体操作 在升温时要尽量慢，则可以通过如下方法进行： 在实验过程中可以开一会电磁炉关掉，使电磁炉的与陶瓷铁杯的温差不太大又能缓慢传热，当温度计示数与目标温度相差一度左右时，取下铁杯，因为铁杯与杯内的水、试管内的水之间的温度变化有延迟效应，而用铁杯的余热缓慢传热，使试管内的水温度上升更慢，这样在用检流计调零时，可以尽可能的使电阻值接近真实值，减小实验误差。 同时，升温过程中，电桥要时时跟踪，始终保持在平衡点附近。 在降温过程中，也要尽量慢，方法可以有： 温度较高时，倒掉铁杯内的水，并将铁杯放在电磁炉上，使试管在空气中散热。当温度较接近室温时，将试管浸没于盛水的铁杯中加快散热。 实验器材：惠斯登电桥一台、热敏电阻一只、水银温度计一只、铁质陶瓷杯（盛水）、玻璃小试管、电磁 炉、导线两根 实验桌号：7号 实验数据与数据处理： 室温25℃，用万用表粗测室温下的热敏电阻阻值约为2700Ω，因此选择电桥臂为1：1， 则进行精测阻值为2797Ω 电源电压E=3V，灵敏度分析R0=2797Ω R0+△R0=2788Ω △n=1 R0-△R0=2805Ω △n=1 表一 温