評(píng)分：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目：用熱敏電阻改裝溫度計(jì)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：實(shí)驗(yàn)7《用熱敏電阻改裝溫度計(jì)》實(shí)驗(yàn)提要

實(shí)驗(yàn)課題及任務(wù)熱敏電阻是阻值對(duì)溫度變化非常敏感的一種半導(dǎo)體。不同于導(dǎo)體的阻值——溫度特性（溫度升高，阻值增大），半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值——溫度特性是當(dāng)溫度升高，阻值降低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于半導(dǎo)體中的載流子數(shù)目隨著溫度升高而按數(shù)激烈地增加，載流子的數(shù)目越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，電阻率就越小。熱敏電阻溫度計(jì)是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度急劇變化的特性而制作的，以半導(dǎo)體熱敏電阻為傳感器，通過(guò)測(cè)量其電阻值來(lái)確定溫度的儀器?？梢岳眠@種“非平衡電橋”的電路原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。用半導(dǎo)體熱敏電阻作為傳感器，設(shè)計(jì)制作一臺(tái)測(cè)溫范圍為40℃~80℃的半導(dǎo)體溫度計(jì)。《用熱敏電阻改裝溫度計(jì)》實(shí)驗(yàn)課題任務(wù)是：根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)把所給的熱敏電阻改裝成熱敏溫度計(jì)。學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)的知識(shí)，并在圖書館或互聯(lián)網(wǎng)上查找資料，設(shè)計(jì)出《用熱敏電阻改裝溫度計(jì)》的整體方案，內(nèi)容包括：(寫出實(shí)驗(yàn)原理和理論計(jì)算公式，研究測(cè)量方法，寫出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟。)，然后根據(jù)自己設(shè)計(jì)的方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，記錄數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)處理，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，按書寫科學(xué)論文的要求寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。設(shè)計(jì)要求⑴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，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)上寫出該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理。⑵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。⑶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40℃~80℃。（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。評(píng)分參考(10分)⑴正確寫出實(shí)驗(yàn)原理和計(jì)算公式，2分。⑵正確的寫出測(cè)量方法，1分。⑶寫出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟，1分。⑷正確的聯(lián)接儀器、正確操作儀器，2分。⑸正確的測(cè)量數(shù)據(jù)，1.5分。⑹寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，2.5分。(其中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，1分；實(shí)驗(yàn)結(jié)果，0.5分；整體結(jié)構(gòu)，1分)學(xué)時(shí)分配實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收，4學(xué)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成；教師指導(dǎo)(開放實(shí)驗(yàn)室)和開題報(bào)告1學(xué)時(shí)。提交整體設(shè)計(jì)方案時(shí)間學(xué)生自選題后2~3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)（電信06—1黃楚迪）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、研究熱敏電阻的溫度特性；2、進(jìn)一步掌握惠斯通電橋的原理及特點(diǎn)；3、通過(guò)試驗(yàn)后，會(huì)用熱敏電阻改裝溫度計(jì)。二、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，滑動(dòng)變阻器等。三、實(shí)驗(yàn)原理：1、測(cè)量未知電阻時(shí)，利用電橋法可以減小實(shí)驗(yàn)誤差。如圖1所示即惠斯通電橋的電路圖（其中BD稱為橋路，Rx、R1、R2、R3為四個(gè)橋臂）。GGRXR1IXR2R3I2I1I3IgK2K1EACBD圖1惠斯通電橋原理圖由于電橋采取將待測(cè)電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻相比較的方法，同時(shí)，作為作平衡指示器的檢流計(jì)只用來(lái)判斷有無(wú)電流，并不需要提供讀數(shù)，具有較高的靈敏度，因此用它測(cè)量電阻，能得到較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。當(dāng)電橋平衡時(shí)，B、D兩點(diǎn)的電位相等，根據(jù)兩端為等電勢(shì)的電路中不會(huì)存在電流的事實(shí)，圖中跨越在B、D間的檢流計(jì)G用來(lái)判斷這兩點(diǎn)是否為等電勢(shì)。閉合開關(guān)K1、K2，如果檢流計(jì)示數(shù)為零值，橋路電流Ig=0，橋路達(dá)到平衡，有UB=UD,UAB=UAD,UBC=UDC（1）由于Ig=0,所以I1=IX,I2=I3（2）有I1R1=I2R2，IXRX=I3R3（3）可得RXR2=R1R3（4）或RX=（5）式（5）即為惠斯通電橋的平衡條件，也是用來(lái)測(cè)量未知電阻的原理公式，根據(jù)它的形式，我們稱RX為待測(cè)電阻，欲測(cè)RX，只要選擇恰當(dāng)?shù)腞1、R2、R3阻值，使電橋平衡，就可用式（5）求得其阻值。這個(gè)關(guān)系式是由“電橋平衡”推出的結(jié)論。反之，也可以由這個(gè)關(guān)系式推證出“電橋平衡”來(lái)。由于要用熱敏電阻改裝成溫度計(jì)必須知道熱敏電阻的溫度特性,所以可以用平衡電橋來(lái)測(cè)出不同溫度下熱敏電阻的阻值。2、設(shè)計(jì)熱敏電阻溫度計(jì)的電路如下圖（圖2熱敏電阻溫度計(jì)）所示。μμARTR3RORNRMR2R1K2K1在電橋平衡測(cè)量時(shí)，由式(5)知有關(guān)系式。非平衡測(cè)量時(shí)，有測(cè)量橋路電壓、測(cè)量橋路電流等多種形式，本實(shí)驗(yàn)采用測(cè)量橋路電流的方法。電橋電路如圖2所示,RT為熱敏電阻,R1、R2、R3為恒定電阻,RO、RM為可調(diào)變阻箱。取R2＝R3（即倍率為1），R1值等于測(cè)溫范圍最低溫度（40℃）時(shí)熱敏電阻的阻值。RO是對(duì)微安表進(jìn)行定標(biāo)時(shí)用的。由于半導(dǎo)體熱敏電阻的溫度特性是當(dāng)溫度升高,阻值降低.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于半導(dǎo)體中的載流子數(shù)目隨著溫度升高而增加,載流子的數(shù)目越多,導(dǎo)電能力越強(qiáng),電阻率越小。因此若溫度越高，熱敏電阻RT的阻值就越小，通過(guò)表頭的電流就越大。這樣就可通過(guò)表頭電流示值的大小來(lái)表征溫度的高低。因?yàn)樵?0℃時(shí)，RT＝R1，R3＝R2，由惠斯通電橋原理可知此時(shí)電橋平衡，微安表指示值為零。因?yàn)闇囟仍礁?，RT值越小，通過(guò)微安表的電流越大。反過(guò)來(lái)通過(guò)微安表的電流越大，表示熱敏電阻RT上的溫度越高，因此可以通過(guò)定標(biāo)后的微安表示值的大小來(lái)測(cè)出溫度的高低。定標(biāo)時(shí)先用一張大小適中的白紙貼在表頭上，如圖2所示接通電源合上K1后，先把K2接在RO端，調(diào)節(jié)RO的阻值等于熱敏電阻在40℃時(shí)阻值的大小，在紙上記下微安表此時(shí)指針?biāo)傅奈恢茫ǘ楦难b溫度計(jì)的下限40℃）。調(diào)節(jié)RO的阻值等于熱敏電阻在80℃時(shí)的阻值，調(diào)節(jié)RM使微安表指示滿刻度，記下指針?biāo)傅奈恢茫ǘ楦难b溫度計(jì)的上限80℃）保持RM的值不變，然后從40℃開始每隔5℃調(diào)節(jié)RO的阻值等于對(duì)應(yīng)熱敏電阻所在溫度時(shí)的阻值，分別在紙上記下對(duì)應(yīng)溫度下指針?biāo)赶虻奈恢茫鸭埳洗?0℃到80℃之間平分為41格，每格代表一度。定標(biāo)后固定標(biāo)好刻度的紙?jiān)谖脖砩?，把K2接在熱敏電阻上，隨著熱敏電阻阻值的變化，改裝后的微安表的示值也相應(yīng)的發(fā)生變化，即測(cè)量時(shí)指針在紙上所對(duì)應(yīng)的刻度大小就是水的溫度。熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線如下圖所示：可以看出其阻值隨溫度升高而很快變小，用它來(lái)設(shè)計(jì)溫度計(jì)是很靈敏的。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1、電阻—溫度特性測(cè)定1、用熱敏電阻代替圖1所示惠斯通電路中的RX后接通電源，合上開關(guān)（先合K1，再合K2）。2、首先校準(zhǔn)檢流計(jì)的機(jī)械零點(diǎn)。3、把熱敏電阻放入燒杯中，用加熱電爐加熱燒杯中的水，并用水銀溫度計(jì)測(cè)量水溫。4、選擇恰當(dāng)?shù)谋堵剩ǖ闹担油娫?，通過(guò)調(diào)節(jié)R3的阻值，使電橋平衡，記錄R3的阻值，逐步升高水溫，測(cè)出不同溫度下的熱敏電阻阻值。5、從40℃開始，每隔5℃測(cè)量一組數(shù)據(jù)，讀取不同溫度時(shí)的觀察數(shù)據(jù)，直到80℃為止。6、從80℃開始逐步降低水溫，每隔5℃測(cè)量一次數(shù)據(jù)，直到40℃為止。7、算出升降溫時(shí)各溫度下R3的平均值，根據(jù)式（5）算出對(duì)應(yīng)溫度下熱敏電阻的阻值。8、根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線圖。2、用熱敏電阻改裝溫度計(jì)1、按圖2接好電路，先將K2接在RO上，取R2＝R3，R1值等于測(cè)溫范圍最低溫度（40℃）時(shí)熱敏電阻的阻值。調(diào)節(jié)RM使RO的值等于熱敏電阻在80℃時(shí)的阻值時(shí)，微安表指針滿偏。保持RM不變，通過(guò)調(diào)節(jié)RO的阻值等于不同溫度下熱敏電阻的阻值（40℃到80℃），對(duì)微安表進(jìn)行定標(biāo)。2、定標(biāo)后保持電路中各電阻阻值不變，把K2接在熱敏電阻上，把熱敏電阻放在燒杯中加熱,并用水銀溫度計(jì)測(cè)量水溫。熱敏電阻在40℃時(shí)，因?yàn)镽T＝R1，R3＝R2，電橋平衡，微安表指示為零。測(cè)量時(shí)，觀察水銀溫度計(jì),從40℃開始到80℃為止,每隔5℃讀取微安表的指示值并與水銀溫度計(jì)的值比較。升降溫各測(cè)一次。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，從40℃到80℃水銀溫度計(jì)每隔4℃讀取一個(gè)對(duì)應(yīng)溫度下熱敏溫度計(jì)的指示值，分別記下用水銀溫度計(jì)和熱敏溫度計(jì)測(cè)的數(shù)據(jù)，將水銀溫度計(jì)測(cè)出的熱水溫度作為標(biāo)準(zhǔn)值。2、根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制出溫度校正曲線圖。作圖時(shí)以熱敏溫度計(jì)的指示值作為橫坐標(biāo)軸，以偏差作為縱坐標(biāo)軸。4、注意事項(xiàng)：1、接通電源前，電阻箱須調(diào)到預(yù)計(jì)值，以防通過(guò)檢流計(jì)的電流過(guò)大，損壞檢流計(jì)。2、B、G開關(guān)應(yīng)短時(shí)間接通（一般以3秒為宜），通電時(shí)間長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致電阻發(fā)熱，引起阻值變化，接通時(shí)間過(guò)短會(huì)使測(cè)量數(shù)據(jù)誤差過(guò)大。3進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)動(dòng)作要迅速，以防水溫發(fā)生變化，導(dǎo)致試驗(yàn)誤差過(guò)大。五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析1、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表1電阻—溫度特性測(cè)定數(shù)據(jù)表水銀溫度計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)各溫度下平衡電橋中R3的電阻值倍率各溫度下熱敏電阻阻值T（℃）R3RT升溫降溫平均值405215518451981519845445544774466144665038963864388013880553364334033521335260288628942890128906525262528252712527702180222422021220275193019181924119248016721710169111691表2溫度校正數(shù)據(jù)表水銀溫度計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)T（℃）4044485256606468727680熱敏電阻溫度計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)Tt（℃）40．244.748.451.655.760.263.268.672.175.779.5偏差△t（℃）Tt-T0.20.70.4-0.4-0.30.2-0.80.60.1-0.3-0.52、數(shù)據(jù)處理1、根據(jù)表一的數(shù)據(jù)繪制熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線圖。2、根據(jù)表2的數(shù)據(jù)繪制溫度校正曲線圖。試驗(yàn)結(jié)果：改裝后的熱敏電阻溫度計(jì)能較為準(zhǔn)確的測(cè)出改裝范圍內(nèi)的水溫，但某些點(diǎn)的誤差較大。思考題：如何才能提高改裝熱敏電阻溫度計(jì)的精確度？答：用電橋測(cè)量熱敏電阻的阻值時(shí)，應(yīng)迅速找出平衡點(diǎn)、縮短測(cè)量時(shí)間；適當(dāng)選定測(cè)量溫度的間隔。具體方法為：要測(cè)熱敏電阻在某一溫度時(shí)的電阻時(shí)，在水溫接近這點(diǎn)時(shí)先調(diào)電橋平衡，待水溫達(dá)到需要的溫度時(shí)再進(jìn)行微調(diào)即可。心得體會(huì)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我覺(jué)得做好一個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，也必須具備一定的動(dòng)手能力。同時(shí)做好一個(gè)實(shí)驗(yàn)也要有耐心。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)熱敏電阻的溫度特性和惠斯通電橋原理及其運(yùn)用有了進(jìn)一步的了解。并學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用熱敏電阻改裝成溫度計(jì)。通過(guò)試驗(yàn)我還發(fā)現(xiàn)了以下一些問(wèn)題：1、測(cè)量時(shí)操作一定要迅速，否則測(cè)出的數(shù)據(jù)誤差較大。2、熱敏溫度計(jì)的阻值