热敏电阻数字温度计的设计与制作

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大学物理实验设计性实验

实《用热敏电阻改装温度计》实验提要

设计要求

⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明

书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。

⑵选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。

⑶根据实验情况自己确定所需的测量次数。

实验仪器

惠斯通电桥，电阻箱，表头，热敏电阻，水银温度计，加热电炉，烧杯等实验所改装的温度计的要求

（1）要求测量范围在40℃~80℃。

（2）定标时要求测量升温和降温中同一温度下热敏温度计的指示值（自己确定测量间隔，要达到一定的测量精度）。

（3）改装后用所改装的温度计测量多次不同温度的热水的温度，同时用水银温度计测出此时的热水温度（作为标准值），绘制出校正曲线。

提交整体设计方案时间

学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求电子版。用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里。

思考题

如何才能提高改装热敏温度计的精确度？

用热敏电阻改装温度计

实验目的：

1．了解热敏电阻的特性；

2．掌握用热敏电阻测量温度的基本原理和方法；

3．进一步掌握惠斯通电桥的原理及应用。

实验仪器：

惠斯通电桥，电阻箱，热敏电阻，水银温度计，滑动变阻器，微安表，加热电炉，烧杯等

实验原理：

1．惠斯通电桥原理

惠斯通电桥原理电路图如图1所示。当电桥平衡时，B，D之间的电势相等，桥路电流I＝0，B,D之间相当于开路，则U B=U D;I1=I x,I2=I0;

于是I1R1=I2R2,I1R X=I2R0 由此得R1/R X=R2/R0

或R X=R0R1/R2 （1）

（1）式即为惠斯通电桥的平衡条件，也是用来测量

电阻的原理公式。欲求R X，调节电桥平衡后，只要知道

R1,R2,R0的阻值，即可由(1)式求得其阻值。

2.热敏电阻温度计原理

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。

这样我们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＝R3，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40℃时，R T＝R1，R3＝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。

3．热敏电阻的电阻—温度特性曲线如图3所示：

图3热敏电阻的电阻—温度特性曲线图

可以看出其阻值随温度升高而很快减小，用它来设计测温计或传感器是很灵敏的。为了用它来制作测温计，首先要测定它的电阻—温度特性。

实验步骤：

1．电阻－温度特性的测定

1）.把上述热敏电阻接在图1所示的电桥臂中，图中检流计用50微安的微安表，R0为电阻箱，取R1＝R2,即取倍率为1。

2）. 把热效电阻放在烧杯中，加热烧杯中的水，用0．2℃分度值的水银温度计测量水温。

3）.接通电桥电源，再调节R0，使电桥平衡，逐步提高水温，测出不同温度下

的热敏电阻阻值(从40℃开始至80℃,每隔5℃测量一次)。

4). 逐步降低水温,重复3)操作,并取升温过程和降温过程中在该温度下的电阻

的平均值为热敏电阻在该温度时的阻值。

2．用热敏电阻改装温度计

1）.取R2＝R3，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。

2）.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40℃时，R T＝R1，R3＝R2，电桥平衡，微安表指示为零。

3）.定标时，每升高（降低）5℃时，用阻值相当的电阻代替热敏电阻，以减少因温度不稳定而造成的误差。

4）.定标后，微安表上共有40小格，每一小格表征1℃，零刻度处表征40℃，满偏处表征80℃。

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，测量时，从40℃

开始每隔4℃取一组观测数据,同时用水银温度计测出此时的热水温度（作为标准值）。

2、根据所测得的数据绘制出温度校正曲线。

实验数据：

表1 电阻－温度特性测定数据表

标准温度T（℃）热敏电阻阻值R（Ω）阻值平均值

R（ ）升温降温

40 5213 5173 5193 45 4453 4475 4464 50 3896 3868 3882 55 3366 3340 3353 60 2886 2898 2892 65 2526 2530 2528 70 2178 2226 2202 75 1924 1916 1920 80 1672 1716 1694

表2 温度校正数据表

数据处理:

1. 根据表1绘制热敏电阻的电阻-温度特性曲线;

2. 根据表2绘制温度校正曲线图(见坐标纸)

热敏温度计读数T t （℃）

水银温度计读数T s （℃） 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 △T ＝T t- T s （℃）

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