文档介绍：实验报告:用热敏电阻测量温度5-
06级数学系蔡园青 PB06001093 2007年4月20日
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;学习坐标变换、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:
-温度特性:
某些金属氧化物半导体(如:, 等)的电阻与温度的关系满足式(1):
(1)
式中是温度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式(2):
(2)
式中是与金属材料温度特性有关的系数, 、分别对应于温度、时的电阻值。
根据定义,电阻的温度系数可由式(3)来决定:
是在温度为t时的电阻值,由下图可知,在R-t曲线的某一特定点作切线,便可求出该温度时的半导体电阻温度系数。
由式(1)和式(2)可知,热敏电阻的电阻-温度特性与金属的电阻-温度特性比较,由三个特点:
(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)热敏电阻的温度系数约为,金属的温度系数为(铜),两者相比,热敏电阻的温度系数几乎大十几倍。所以,半导体电阻对温度变化的反应比金属电阻灵敏得多。
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电路图如下:
四个电阻,,,组成一个四边形,既电桥的四个臂,其中是待测电阻,闭合回路后,调节使得电流计示数为0,则有,由此计算出的电阻值;
:
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。如实验中所用的张丝式检流计,其指针偏转一格所对应的电流约为,当通过它的电流比还小时,,就很难觉察出来。假设电桥在时调到平衡,则有,这时若把改变一个微小量,电桥便失去平衡从而有电流流过检流计,如果小到检流计察觉不出来,那么人们仍然会认为电桥是平衡的,因而得到,就是由于检流计灵敏度不够高而带来的测量误差,引入电桥灵敏度S,定义为:
(4)
式中指的是电桥平衡后的微小改变量(实际上待测电阻若不能改变,可通过改变标准电阻来测电桥灵敏度),是由于引起电桥偏离平衡时检流计的偏转格数,越大,说明电桥灵敏度越高,带来的测量误差就越小。
电桥的测量误差,除了检流计灵敏度的限制外,还有桥臂电阻和的不确定度带来的误差。一般来说,这些电阻可以制造的比较精确(误差为),%左右。另外,电源电压的误差,也对电桥的测量结果有影响。
实验内容:
,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,改变为使检流计偏转一格,求出电桥灵敏度。再将调为,使检流计反方向偏转一格,求电桥灵敏度。求两次的平均值。
,从开始起每隔测量一次,直至。然后绘出热敏电阻的特性曲线。在t=的点作出切线,由式(3)求出该点的切线的斜率及电阻温度系数。
,确定式(1)中的常数和再由式(3)求出
(5)
(3)和式(5)两个结果,试解释哪种方法求出的材料常熟B和电阻温度系数更准确。