热敏电阻测温

1、实验题目：用热敏电阻测量温度实验目的：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、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：1.半导体热敏电阻的电阻-温度特性某些金属氧化物半导体（如：Fe3O4、MgCr2O4等）的电阻与温度关系满足： （1）式中RT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： （2）式中是与金属材料温度特性有关的系数，Rt1、Rt2分别对应于温度t1、t2时的电阻值。根据定义，电阻的温度系数有： （3）Rt是在温度为t时的电阻值。两种情况的电阻

2、温度曲线如图（1）和图（2）所示。热敏电阻的电阻-温度特性与金属的电阻-温度特性比较，有三个特点：（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-温度特性是线性的。（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）半导体电阻对温度变化的反应比金属电阻灵敏得多。这些差异的产生是因为当温度升高时，原子运动加剧，对金属中自由电子的运动有阻碍作用，故金属的电阻随温度的升高而呈线性缓慢增加；而在半导体中是靠空穴导电，当温度升高时，电子运动更频繁，产生更多的空穴，从而促进导电。2. 惠斯通电桥的工作原理原理图如右图所示：若G中检流为0，则

3、B和D等势，故此时，在检流计的灵敏度范围内得到Rx的值。当B和D两点电位相等时，G中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必有，R1/R2和R0都已知，Rx即可求出。R1/R2称电桥的比例臂。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。引入电桥灵敏度S，定义为： （4）式中Rx指的是在电桥平衡后Rx的微小改变量（实际上待测电阻Rx若不能改变，可通过改变标准电阻R0来测电桥灵敏度），n越大，说明电桥灵敏度越高，带来的测量误差就越小。实验内容：1.按图4接线，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

4、平衡得R0，改变R0为R0+R0，使检流计偏转一格，求出电桥灵敏度；再将R0改变为R0-R0，使检流计反方向偏转一格，求电桥灵敏度。求两次的平均值（为什么要用这种方法测量？）。答：本实验通过在该点处的正负测量来减小误差，提高实验精确度。 2.调节变压器输出进行加温，从15开始每隔5测量一次Rt，直到85。撤去电炉，使水温慢冷却，测量降温过程中，各对应温度点的Rt。求升温和降温时的各R的平均值，然后绘制出热敏电阻的Rt-t特性曲线。在t=50的点作切线，由式（3）求出该点切线的斜率及电阻温度系数。 3.作曲线，确定式（1）中的常数R和B，再由式（3）求（50时）。 （5） 4.比较式（3）和（5

5、）两个结果，试解释那种方法求出的材料常数B和电阻温度系数更准确。一些实验注意事项和具体操作在升温时要尽量慢，则可以通过如下方法进行：在实验过程中可以开一会电磁炉关掉，使电磁炉的与陶瓷铁杯的温差不太大又能缓慢传热，当温度计示数与目标温度相差一度左右时，取下铁杯，因为铁杯与杯内的水、试管内的水之间的温度变化有延迟效应，而用铁杯的余热缓慢传热，使试管内的水温度上升更慢，这样在用检流计调零时，可以尽可能的使电阻值接近真实值，减小实验误差。同时，升温过程中，电桥要时时跟踪，始终保持在平衡点附近。在降温过程中，也要尽量慢，方法可以有：温度较高时，倒掉铁杯内的水，并将铁杯放在电磁炉上，使试管在空气中散热。当

6、温度较接近室温时，将试管浸没于盛水的铁杯中加快散热。实验器材：惠斯登电桥一台、热敏电阻一只、水银温度计一只、铁质陶瓷杯（盛水）、玻璃小试管、电磁 炉、导线两根实验桌号：7号实验数据与数据处理：室温25，用万用表粗测室温下的热敏电阻阻值约为2700，因此选择电桥臂为1：1，则进行精测阻值为2797电源电压E=3V，灵敏度分析R0=2797R0+R0=2788 n=1R0-R0=2805 n=1表一温度上升时温度-电阻的关系温度/303540455055Rt/230819491649141311931022温度/606570758085Rt/868750645562492426表二温度下降时温度-

7、电阻的关系温度/303540455055Rt/231619811667140411941046温度/606570758085Rt/886756640558496430表三各温度时温度-电阻的平均关系温度/303540455055Rt/2312.01964.51658.01408.51193.51034.0温度/606570758085Rt/877.0753.0642.5560.0494.0428.0表四的关系1/T(-1)0.003330.003250.003190.003140.003100.00305lnRt()7.745877.582997.413377.250287.084656.94

8、1191/T(-1)0.003000.002960.002920.002870.002830.00279lnRt()6.776516.624076.465376.327946.202546.05912实验数据分析：灵敏度 ， 。作出Rt-T曲线如下：在50处的斜率为-37.45，电阻值为1193.5，则电阻温度系数为做出的关系图对式（1）进行微分可得根据ORIGIN上所给出的直线公式那么可以求出温度系数两个温度系数的比较可知，两者的绝对值有一定偏差，并且后者的绝对值稍大。分析：通过对上述两图的分析判断，用后一种方法求出的温度系数值更加准确。在实验过程中，要测量准每个温度点所对应的电阻是相当困难

9、的，且相当不准确，由于电阻变化很快，基本最后一位都是估计值，且前几位也不能保证绝对准确，有一定误差，如果只用50附近的电阻值来计算温度系数，则得到的数据基本只与50附近的几个实验温度关系度较高，因此不确定度很大。而用第二种方法，用的是曲线改直法得到的图象，则对关系的直线拟合与所有的实验数据都相关，因此可以在一定程度上减小这种误差，所以后者相对更准确。本实验误差的主要是温度所对应的电阻值的测定的不准确，其误差较大，这主要是由于温度计的精确度不高和人对温度的判断误差较大；还有由于温度连续变化，导致热敏电阻的阻值连续变化，则不能随时调零到检流计正好示数为0的电阻，则读数的误差较大，因此电阻误差较大。

10、所以本实验的精确度不高。思考题：1.如何提高电桥的灵敏度？2. 电桥选择不同的量程时，对结果的准确度（有效数字）有何影响？3.若玻璃温度计的温度示值与实际温度有所差异，对实验结果有什么影响？应如何保证所测的温度值准确？答：1.（1）在实验准备阶段适当转动灵敏度钮，调高灵敏度，并且选择内阻低的灵敏电流计。 （2）在不超过桥臂电阻额定功率的情况下，可适当提高电源的电压。当电压升高时，流经电路的电流同时增大，微小的电阻变化引起的检流计指针偏转就越大，则n就越大，由可知，灵敏度变高。2.（1）当桥臂的比值变大时，对于同样的值，电阻箱表示的阻值变小，有效数字的位数变少，因此测量的值的准确度变小。 （2）当桥臂的比值变小时，对于同样的值，电阻箱表示的阻值变大，有效数字的位数变多，因此测量的值的准确度变大。3.（1）若玻璃温度计的温度示值比实际温度偏小，则所测的阻值偏大，若用第二种方法进行数据处理，则若导致直线斜率偏大，则绝对值偏小，或斜率偏小，则绝对值偏大；反之所测的阻值偏小，绝对值也会导致上述两种情况的产生。 （2）为了使温度测量准确，应选用示数准确的温度计，同时选择精度更高的温度计，并且在读数时，视线应与刻度、水银柱的顶点三点共线。同时由于水温连续上升或下降，所以温度计示数与人的读数之间有