热敏电阻温度计的设计 实验报告

热敏电阻温度计的设计实验报告

大连理工大学

大学物理实验报告

专业材料物理班级 0705 院(系) 材料学院成绩姓名童凌炜学号200767025 实验台号实验时间 2008 年 11 月 25 日，第14周，星期二第 5-6 节教师签字

实验名称热敏电阻温度计的设计教师评语

实验目的与要求:

(1) 掌握电阻温度计测量温度的基本原理和方法。

(2) 设计和组装一个热敏电阻温度计。

主要仪器设备:

稳压电源，自制电桥盒(如右下图所示)，直流单臂电桥箱和热敏电阻感温原件等。

实验原理和内容:

热敏电阻温度计的工作原理

由于热敏电阻的阻值具有随温度变化而变化的性质，我们可以将热敏电阻作

为一个感温原件，以阻值的变化来体现环境温度的变化。但是阻值的变化量以直接测量的方式获得可能存在较大的误差，因此要将其转化为一个对外部条件变化更加敏感的物理量; 本实验中选择的是电流，通过电桥可以将电阻阻值的变化转化为电流(电压)的变化。

R2、R3为可调节电阻， Rt为电桥的结构如右图所示， R1、

热敏电阻。当四个电阻值选择适当时，可以使电桥达到平衡，

即AB之间(微安表头)没有电流流过，微安表指零; 当Rt

发生变化时，电桥不平衡， AB间有电流流过，可以通过微

安表读出电流大小，从而进一步表征温度的变化。

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当电桥不平衡时，可以描绘成如右侧的电路图。根据基尔霍夫定律和R1=R2的条件，能够求得微安表在非平衡状态下的电流表达式:

R2tU,(1)cdR，R3t I,gRR3tR，R，221gR，R3t

式中， Ucd为加载在电桥两端的电压， Rg为微安表

头的内阻值。

可以见到，为使Ig为相关于Rt的单值函数， R1、R2、R3和Ucd必须为定值，而其定制的大小则决定于以下两个因素:

1) 热敏电阻的电阻-温度特性。

2) 所设计的温度计的测温上限t1和测温下限t2。

步骤与操作方法:

1. 温度计的设计

(1) 测出所选择的热敏电阻Rt-t曲线(或由实验室给出)。

(2) 确定R1、R2、R3的阻值。具体方法如下:

该实验中， t1=20?，t2=70?, 对应R-t曲线可以得到R和R; tt1t2

Rg由实验室给出， U取值为1.3V，由微安表面板上可读出I=50μA。 cdgm 根据电桥关系，有R=R， R= R， R= R， I=I; 123t1tt2ggm

URRR2cdt2t1t2R,R,,,R，再将以上量代入关系式:，计算得到(1)2()12gIR，RR，Rgmt1t2t1t2

R1和R2的值。

2. 温度计的调试

(1) 将面板上的开关扳向下方，将R1和R2调节到方才的计算值之后，保持不变。

(2) 将微安表接入电路， Rt先用一个四位旋钮式的电阻箱代替接入E、D两点，并链接其

余电路和电源。

(3) 将电阻箱调至R的计算值，打开电源，调节R3使微安表指零，此时R3调节完毕，有t1

R3= R。 t1

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(4) 将电阻箱调节至R，然后调节R，使微安表满偏， U调节完毕。 t2cd

3. 温度计的定标

(1) 调节电阻箱，使其阻值分别为热敏电阻在25?，30?，35?……65?一系列温度下的

阻值，并记录微安表的指针位置。

(2) 去掉电阻箱，接通R4，调节R4阻值，使微安表满偏，此时有R4= R，调节完毕。 t2

(3) 最后将面板开关扳向上方使热敏电阻接入电路ED两点，此时热敏电阻温度计制作成

功。

温度的测量 4.

(1) 首先断开热敏电阻Rt，接通电源观察微安表是否满偏; 如果不满偏则调节R4使其满

以校准温度计。偏，

(2) 重新将热敏电阻接入电路中，然后将其插入盛水的烧杯中，测量水温。水温通过温

控仪改变，对比热敏电阻温度计测得的数据和温控仪上显示的温度值，并记录数据。

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数据记录与处理:

在实验中获得的数据如下:

(1) 初始固定数据

t1=20?, Rt1=4200Ω; t2=70?, Rt2=875Ω

Rg=3.94kΩ, Igm=50μA, Ucd=1.3V

R3=R t1=4200Ω

代入公式得到R1=R2=7706Ω

) 温度计的定标数据 (2

T(?) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

I(μA) 0.0 5.1 12.2 18.0 24.9 29.8 33.8 38.2 43.0 47.1 50.0 g

R(Ω) 4200 3620 2972 2526 2167 1828 1576 1355 1165 1002 875

(3) 实际温度测量数据

温控仪显示温度T=40.9?，微安表读数Ig=24.9μA

结果与分析:

(1) t-Ig表如数据记录部分中表格所示。

(2) 根据如上所示的t-Ig关系表，绘制成如下的数据点图，并进行指数型的拟合:

75

65

55

45T/?

35

25

15

0102030405060

0.0239IIg/μAT = 21.777e

0.0239I并且可以得到该曲线的拟合方程 T,21.777e

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(3) 根据列表的数据，刻画出微安表的表度盘示意图如下: