班 級__光電 3 班___________
組 別____第二組_________ 姓 名__鄧菊霞___________
學 號_1110600095_____ 日 期___2012、11、20____
指導教師_劉麗峰___ 【實驗題目】
熱敏電阻溫度特性實驗
【實驗目得】
1、研究熱敏電阻得溫度特性; 2、掌握非平衡電橋得工作原理; 3、了解半導體溫度計得結構及使用方法
【實驗儀器】
直流穩(wěn)壓電源、滑線變阻器、熱敏電阻、溫度計、電阻箱、微安表、檢流計、保溫杯、冰塊等。
【實驗原理】
熱敏電阻器就是敏感元件得一類,按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)與負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)。熱敏電阻器得典型特點就是對溫度敏感,不同得溫度下表現(xiàn)出不同得電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)在溫度越高時電阻值越大,負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時電阻值越低,它們同屬于半導體器件。本實驗所用得就是負溫度系數(shù)熱敏電阻。負溫度系數(shù)熱敏電阻其電阻－溫度關系得數(shù)學表達式為:
(1) 式中、代表溫度為 、 時熱敏電阻得阻值,為熱敏電阻得材料系數(shù)(n 代表負電阻溫度系數(shù))。上式就是一個經驗公式,當測溫范圍不太大時(＜450℃),該式成立。其關系曲線如左圖所示。
為便于使用,常取環(huán)境溫度為 25℃作為參考溫度(即＝298K),則負溫度系數(shù)得熱敏電阻得電阻―溫度特性可寫成:
(2)
(常為)就是熱敏電阻得標稱電阻,其大小由熱敏電阻材料與幾何尺寸決定,對于一個確定得熱敏電阻,與為常數(shù),可用實驗方法求得。
將(2)式兩邊取對數(shù),得:
(3) 令則上式可寫成:
(4) 式中、可通過測量值、求出,利用幾組測量值,由圖解法或最小乘法可求出參數(shù)、,從而確定熱敏電阻得標稱值與材料常數(shù)。由前面得實驗可知,可由箱式惠斯通電橋測得某一溫度下得值,當橋路平衡時,熱敏電阻得阻值,其中為比例臂值,為調節(jié)臂阻值。如圖 2 所示。
溫度可由溫度計測出, 注意:為熱力學溫標,而溫度計測得得為攝氏溫標。
【實驗內容】
一、熱敏電阻溫度特性得研究——曲線得測定 在保溫杯中加入適量溫水(水溫應 50℃,將溫度計與熱敏電阻放入杯中,用攪拌器適度攪拌;將熱敏電阻得引線接入單臂電橋得測試臂,選取合適比例臂,調整電橋平衡,測量。之后馬上讀出溫度計得即時示值,加入適當冷水或冰塊,使水溫下降 1℃－2℃左右,重復上述測量,可測得一組(,)值。
注意: :在 45℃左右得阻值約為 14000Ω。
要求:溫度得變化范圍可在 45℃－10℃左右。
在測量一組(,)值后,可馬上測量不平衡電流,即要求同時測量(,)、( ,)值。
二、熱敏電阻溫度計得標定曲線——曲線得測定。
將橋路中得檢流計換成微安表。將調節(jié)臂置于為 50000Ω時得對應值(此時得對應得溫度值約為 10℃),合上開關,讀出微安表示值及溫度計得示數(shù)。在使水溫下降后,重復上述測量,可得到一組(,)值。注意:測量就是近同時進行得、 將(、)數(shù)據(jù)組輸入 EXCEL 表格,檢查測試結果。
三、用熱敏電阻與溫度計測量自己得體溫或室溫。
將測得得值代入標定曲線,確定對應得值,并與溫度計測得結果比較 【原始數(shù)據(jù)】
t(攝氏度) 4、8 10、3 21、7 24、5 28、4 37、5 43 45、4 46、6 50、3 R(歐) 19780 19010 10490 9100 7720 5410 4370 3960 3830 3340 V(mV) 0 -22、1 -109、3 -142、2 -98、7 200 390 432 449 515 1/(t+273) 0、003599 0、00353 0、00339
0、003361 0、00332 0、00322 0、003164 0、00314 0、003128 0、003093 Ln(R) 9、892427 9、857444 9、258178 9、11603 8、95157 8、596004 8、382518 8、283999 8、25062 8、113726 I(mA) 0、154 0、117 0、109 0、0892 0、037 -0、013 -0、016 -0、0016 -0、0012 V(mV) 515 449 432 390 200 -98、7 -142、2 -109、3 -22、1 【數(shù)據(jù)處理】
根據(jù),以及 LN(R)—1/T 線性擬合得公式可以算出 R25=8934 歐,Bn=3714、5
【實驗數(shù)據(jù)分析】
系統(tǒng)誤差有①攪拌不均勻,水得溫度不均勻②水得溫度與環(huán)境溫度差異較大,與外界存在熱交換。偶然誤差有:①讀萬用表讀數(shù)時,未讀準確,或在不穩(wěn)定得情況下讀數(shù)。
【思考題】
1. 試比較水銀溫度計與半導體溫度計得異同。
水銀溫度計就是膨脹式溫度計得一種,水銀得凝固點就是:-39℃,沸點就是:356、7℃,用來測量0--150℃或500℃以內范圍得溫度,它只能作為就地監(jiān)督得儀表。用它來測量溫度,不僅比較簡單直觀,而且還可以避免外部遠傳溫度計得誤差。
它就是利用半導體元件與溫度具有得特性關系構成得溫度測量儀表。
[1]
由熱敏電阻、連接導線與顯示儀表組成,具有靈敏度高、構造簡單與體積小等優(yōu)點,通常用于測量與室溫接近得溫度以及測量快速變化得溫度及點溫度。
2 2 ． 試比較回歸法與作圖法得優(yōu)缺點。
回歸法:優(yōu)點就是精確,缺點就是計算多繁瑣。
作圖法:優(yōu)點就是操作簡單,缺點就是結果不就是那么精確。
3． 用不同參數(shù) (,) 得半導體材料制成得溫度計有什么不同？ 正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)在溫度越高時電阻值越大,負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時電阻值越低、,根據(jù)這個公式可知,Bn,對溫度計得影響比 R0 大。
4. 平衡電橋與不平衡電橋有何區(qū)別？ 平衡電橋就是把待測電阻與標準電阻進行比較,通過調節(jié)電橋平衡,從而測得待測電阻值,如單臂直流電橋(惠斯登電橋)、雙臂直流電橋(開爾文電橋)。它們只能用于測量具有相對穩(wěn)定狀態(tài)得物理量,而在實際工程中與科學實驗中,很多物理量就是連續(xù)變化得,只能采用非平衡電橋才能測量;非平衡電橋得基本原理就是通過橋式電路來測量電阻,根據(jù)電橋輸出得不平衡電壓,再進行運算處理,從而得到引起電阻變化得其它物理量,如溫度、壓力、形變等。
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