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实验论文 热敏电阻


热敏电阻温度计的设计安装和使用
摘要:
利用热敏电阻作为感温元件,并且配有温度显示安装的温度测量仪 表称为热敏电阻温度计。热敏电阻能把温度信号变成电信号,从而 实现了非电量的(电测法)测量。本实验通过利用热敏电阻作为感 温元件与非平衡电桥法相结合来共同设计和安装一台热敏温度计, 并对这台温度计的测量误差进行简要的测试和评价。而在现代测量 技术中,电量测量是最简单的测量技术,不仅测量装置简单、造价 低、灵敏度高、而且容易实现自动测量和自动控制,是测量技术的一 个重要发展趋势。

关键字:热敏电阻
一、 实验原理

非平衡电桥 温度计 校准 替代法

1 负温度系数热敏电阻的温度特性

热敏电阻分为正温度系数型、负温度系数型和开关型三大类。 本实验采用负温度系数型。其特性为电阻随温度升高而急剧下 降。其阻值方程为:

2.非平衡电桥

非平衡电桥如下所示,当 R1=R2 及 RT=R3 时,电桥平衡,G 的 指针为零。如果 RT 的阻值发生变化,则电桥的平衡就被破坏, G 中就有电流源通过,指针偏转的越大,说明 RT 的变化越大。

非平衡电桥解出:

( R3 ? Rt )U cd Ig ? 2( Rg R3 ? R3 Rt ? Rt Rg ) ? R1 ( R3 ? Rt )



在 R1(R2),R3,Rg 及 Ucd 恒定条件下,Ig 的大小唯一地由 Rt 值来决 定,因而有可能根据 G 偏转的大小来直接指示温度的高低。

3 热敏电阻温度计的实验电路 bd 支路中,当 S2 扳至校准状态时,温度计处于校准状态; 当 S2 扳至测时,温度计处于测量状态。

4 电路参数的设计与计算 (1) Ucd 的确定 Ucd=1.3v (2) 温度计上限下限的设定

t 1=20 ℃
(3) R3 的确定 R3=R t1 (4) R1 ( R2 )确定

t 2=70 ℃

( Rt1 ? Rt 2 )U cd 2( Rg Rt1 ? Rt1 Rt 2 ? Rt 2 Rg ) R1 ? ? ( Rt1 ? Rt 2 ) I gm Rt1 ? Rt 2 ②
R2= R1

(5) R4 的确定 R4=R t2 5 制定定标曲线 将电路中各元件安装完成后,就可以进行测量了。但微安表指示 值是电流值而不是温度值。所以的通过定标实验来描出一条 定标曲线,了定标曲线,就可以找到与任一电流 Igi 相对于的 温度值 ti,或者根据定标曲线,在刻度盘上直接按温度来标定。 这样,指针的偏转既能显示电流值,又能显示温度值。 6 测量操作程序 使用热敏电阻温度计测量温度,应按下述程序操作: (1) (2) (3) 通电 校准 测量

二、 实验仪器

热敏电阻温度计试验仪及其配件

电阻箱

三、 试验方法 1 Ucd 的确定

Ucd 是板桥电路,工作电压既不能太高,也不宜过低。 Ucd 的取值范围在 1.1——1.4V 之间,取值为 1.3V。 2 计算出 R1(R2)的值并且把它们分别调至到设计值 (1) R1(R2)值的计算 由实验仪器可知μ A 表满偏时 Ig=Igm=50μ A Rg=1853Ω Ucd=1.3V

查表可知 t 1=20 ℃、 t 2=70 ℃时,对应的电阻阻值分 别为 Rt1=4560 Ω 、 Rt2=747 Ω ,根据公式②可求出 R1 ( R1=R2 )。计算得 R1=13690.9 。 (2) 调至 R1(R2)值为设计值 用两根导线,两头分别连接 R1 和直流电桥箱。先在 直流电桥箱上设定已经计算出的 R1 的值 13690.9Ω , 并把灵敏度调至最低点。之后先调节 R1,使其值不在 0 值,再接通直流电桥箱,不断调节 R1,使直流电桥 箱上的微安表指针指向中间为止。 调节 R2 值和 R1 方法相同。 (3) 调节 R3 的值 根据负温度系数热敏电阻温度特性曲线可知 R3=Rt1=4560Ω 。在 R1、R2 调节好的基础上,用两根导

线分别连接热敏电阻温度计实验安装版上的 R3 和标准 电阻箱两头。先在标准电阻箱上调节好计算出的 R3 值, 即 4560Ω 。再打开热敏电阻温度计实验安装版电源开关, 并不断调节 R 的值,直到热敏电阻温度计实验安装版上 的微安表的指针指向零时为止,此时 R3 的值就是计算出 来的值。 (4) 调节 R4 的值 根据负温度系数热敏电阻温度特性曲线可知、 R4=Rt2=747Ω 。用标电阻箱 R0 代替感温元件 Rt,首先 将 S2 “测”,调节 R0=Rt 再调节 R 使微安表满偏。然 后,S2 扳至“校”,利用“替代法”的原则,将 R4 调 到与 R0 值相等。 3 定标实验 由上述实验步骤做完之后,应用特定曲线的到不同温 下 Rt 的值,再应用标准电阻箱,按表 1 数据描绘出定标曲线, 在其不同的 Rt 值中测定出微安表中的电流值,并记录。再根据 其数据做出定标曲线。

4 误差校验 应用电阻温度计和水银温度计测量同一温度的水温。 四、 实验结果与分析 t/℃ 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Rt/ 4798 3767 3089 2568 2038 1725 1458 1194 1028 872 747 Ω Ig/ 0 8 15 20 27 32 36 40 43 47 50 μ A 做出定标曲线图

定标曲线图
80 70 60 50 t/℃ 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 Ig/μA 30 35 40 45 50

由误差校验得出在同一水温中,水银温度计度数 T=42.5℃, 微安表度数 I=28.2μ A 。根据图 1-4 标准曲线可读出在 I=28.2μ A 时,对应的温度 t=42.8℃。 =
t ?t0 t0

× 100%=0.71%

由于此次试验用的热敏电阻温度计实验安装版上的 R1、R2、 R3、R4 不能精确的调节,只能大致范围的调节下其值,所以 造成得出的电阻值不精确,从而产生出误差。 五、 实验结论 由其相对误差可知此次组装的热敏电阻温度计基本上是准确的, 和实际误差不大。

六、 参考文献
【1】 《大学物理实验》 第二版 李学慧


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