设计一个物理实验《用热敏电阻改装温度计》,全部过程就包括实验题目、实验目的、实验仪器、实验原理、内容及步骤、实验数据、数

用热敏电阻改装温度计
实验目的
1.了解半导体和金属的导电机理和两者之间阻温特性的不同.
2.设计测量温度范围为40°C—80°C的温度计.
3.了解热敏电阻的特性,掌握用热敏电阻测量温度的原理和基本方法.
4.熟悉非平衡电桥的输出特性.
5.熟悉实验常用仪器的使用.
实验仪器
惠斯通电桥,电阻箱,表头,热敏电阻,水银温度计,量热器,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UB=UD;I1=Ix,I2=I0; 于是由I1R1=I2R2,I1RX=I2R0 得 RX=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RX,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.热敏电阻的温度特性
热敏电阻是利用半导体电阻值随温度呈显著变化的特性制成的一种热敏元件.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RT端,如果在40℃时,RT＝R1,R3＝R2,电桥平衡,微安表指示为零.温度越高,RT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
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).并将测量数据记于下表.
(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.
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
（ ）
升温 降温
40
45
50
55
60
65
70
75
80
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RT端,如果在40℃时,RT＝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）.并将测量数据记录于下表.
2、根据所测得的数据绘制出温度校正曲线.
表2 温度校正数据表
水银温度计读数Tt（℃） 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80
热敏温度计读数（升）（℃）
热敏温度计读数（降）（℃）
热敏温度计读数平均值 Ts
△T＝Tt- Ts（℃）
思考题
如何才能提高改装热敏温度计的精确度?