用热敏电阻改装温度计大学物理设计性实验

评分：

大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：用热敏电阻改装温度计

班级：

姓名：学号：

指导教师：

实验7 《用热敏电阻改装温度计》实验提要

实验课题及任务

热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体。不同于导体的阻值——温度特性（温度升高，阻值增大），半导体热敏电阻的阻值——温度特性是当温度升高，阻值降低。产生这种现象的原因是由于半导体中的载流子数目随着温度升高而按数激烈地增加，载流子的数目越多，导电能力越强，电阻率就越小。热敏电阻温度计是利用半导体的电阻值随温度急剧变化的特性而制作的，以半导体热敏电阻为传感器，通过测量其电阻值来确定温度的仪器。可以利用这种“非平衡电桥”的电路原理来实现对温度的测量。用半导体热敏电阻作为传感器，设计制作一台测温范围为40℃~80℃的半导体温度计。

《用热敏电阻改装温度计》实验课题任务是：根据所学的知识，设计实验把所给的热敏电阻改装成热敏温度计。

学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用热敏电阻改装温度计》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤。)，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。

设计要求

⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。

⑵选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。

⑶根据实验情况自己确定所需的测量次数。

实验仪器

惠斯通电桥，电阻箱，表头，热敏电阻，水银温度计，加热电炉，烧杯等实验所改装的温度计的要求

（1）要求测量范围在40℃~80℃。

（2）定标时要求测量升温和降温中同一温度下热敏温度计的指示值（自己确定测量间隔，要达到一定的测量精度）。

（3）改装后用所改装的温度计测量多次不同温度的热水的温度，同时用水银温度计测出此时的热水温度（作为标准值），绘制出校正曲线。

评分参考(10分)

⑴正确写出实验原理和计算公式，2分。

⑵正确的写出测量方法，1分。

⑶写出实验内容及步骤，1分。

⑷正确的联接仪器、正确操作仪器，2分。

⑸正确的测量数据，1.5分。

⑹写出完整的实验报告，2.5分。(其中实验数据处理，1分；实验结果，0.5分；整体结构，1分)

学时分配

实验验收，4学时，在实验室内完成；教师指导(开放实验室)和开题报告1学时。

提交整体设计方案时间

学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求电子版。用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里。

思考题

如何才能提高改装热敏温度计的精确度？

用热敏电阻改装温度计

（

电信06—1 黄楚迪）

一、实验目的：

1、研究热敏电阻的温度特性；

2、进一步掌握惠斯通电桥的原理及特点；

3、通过试验后，会用热敏电阻改装温度计。

二、实验仪器：

惠斯通电桥，电阻箱，表头，热敏电阻，水银温度计，加热电炉，烧

杯，滑动变阻器等。

三、实验原理：

1、测量未知电阻时，利用电桥法可以减小实验误差。如图1所示即惠斯通电桥的电路图（其中BD 称为桥路，R x 、R 1、R

2、R 3为四个桥臂）。

图1惠斯通电桥原理图

由于电桥采取将待测电阻与标准电阻相比较的方法，同时，作为作平衡指示器的检流计只用来判断有无电流，并不需要提供读数，具有较高的灵敏度，因此用它测量电阻，能得到较为准确的数据。

当电桥平衡时，B 、D 两点的电位相等，根据两端为等电势的电路中不会存

R X

R 1

I X

R 3

I 2

I 1

I 3

K 2

K 1

在电流的事实，图中跨越在B 、D 间的检流计G 用来判断这两点是否为等电势。

闭合开关K 1、K 2，如果检流计示数为零值，桥路电流Ig=0，桥路达到平衡，有U B =U D ,U AB =U AD ,U BC =U DC （1）由于Ig=0,所以I 1 =I X , I 2=I 3 （2）有 I 1R 1=I 2R 2， I X R X =I 3R 3 （3）可得 R X R 2=R 1R 3 （4）

或 R X =32

R R R （5）式（5）即为惠斯通电桥的平衡条件，也是用来测量未知电阻的原理公式，根据它的形式，我们称R X 为待测电阻，欲测R X ，只要选择恰当的R 1、R 2、R 3阻值，使电桥平衡，就可用式（5）求得其阻值。这个关系式是由“电桥平衡”推出的结论。反之，也可以由这个关系式推证出“电桥平衡”来。由于要用热敏电阻改装成温度计必须知道热敏电阻的温度特性,所以可以用平衡电桥来测出不同温度下热敏电阻的阻值。

2、设计热敏电阻温度计的电路如下图（图2 热敏电阻温度计）所示。

在电桥平衡测量时，由式(5)知有关系式

21R RX R R 。非平衡测量时，有测量桥路电压、测量桥路电流等多种形式，本实验采用测量桥路电流的方法。电桥电路如图2所示,R T 为热敏电阻,R 1、R 2、R 3为恒定电阻, R O 、R M 为可调变阻箱。

取R 2＝R 3（即倍率为1），R 1值等于测温范围最低温度（40℃）时热敏电阻的阻值。R O 是对微安表进行定标时用的。

由于半导体热敏电阻的温度特性是当温度升高,阻值降低.产生这种现象的原因是由于半导体中的载流子数目随着温度升高而增加,载流子的数目越多,导电能力越强,电阻率越小。因此若温度越高，热敏电阻R T 的阻值就越小，通过表头的电流就越大。这样就可通过表头电流示值的大小来表征温度的高低。因为在40℃时，R T ＝R 1，R 3＝R 2，由惠斯通电桥原理可知此时电桥平衡，微安表指示值为零。因为温度越高，R T 值越小，通过微安表的电流越大。反过来通过微安表的

μA

R T

R 3

R O

R N R M

R 2

R 1

K 2

K 1

电流越大，表示热敏电阻R T 上的温度越高，因此可以通过定标后的微安表示值的大小来测出温度的高低。

定标时先用一张大小适中的白纸贴在表头上，如图2所示接通电源合上K 1后，先把K 2接在R O 端，调节R O 的阻值等于热敏电阻在40℃时阻值的大小，在纸上记下微安表此时指针所指的位置（定为改装温度计的下限40℃）。调节R O 的阻值等于热敏电阻在80℃时的阻值，调节R M 使微安表指示满刻度，记下指针所指的位置（定为改装温度计的上限80℃）保持R M 的值不变，然后从40℃开始每隔5℃调节R O 的阻值等于对应热敏电阻所在温度时的阻值，分别在纸上记下对应温度下指针所指向的位置，把纸上代表40℃到80℃之间平分为41格，每格代表一度。定标后固定标好刻度的纸在微安表上，把K 2接在热敏电阻上，随着热敏电阻阻值的变化，改装后的微安表的示值也相应的发生变化，即测量时指针在纸上所对应的刻度大小就是水的温度。

热敏电阻的电阻—温度特性曲线如下图所示：

可以看出其阻值随温度升高而很快变小，用它来设计温度计是很灵敏的。

四、实验内容与步骤： 1、电阻—温度特性测定

1、用热敏电阻代替图1所示惠斯通电路中的R X 后接通电源，合上开关（先合K 1，再合K 2）。

2、首先校准检流计的机械零点。

3、把热敏电阻放入烧杯中，用加热电炉加热烧杯中的水，并用水银温度计测量水温。

4、选择恰当的倍率（

R R 的值），接通电源，通过调节R 3的阻值，使电桥平衡，记录R 3的阻值，逐步升高水温，测出不同温度下的热敏电阻阻值。

5、从40℃开始，每隔5℃测量一组数据，读取不同温度时的观察数据，直到80℃为止。

6、从80℃开始逐步降低水温，每隔5℃测量一次数据，直到40℃为止。

7、算出升降温时各温度下R3的平均值，根据式（5）算出对应温度下热敏电阻的阻值。

8、根据测得的数据绘制热敏电阻的电阻—温度特性曲线图。

2、用热敏电阻改装温度计

1、按图2接好电路，先将K2接在R O上，取R2＝R3，R1值等于测温范围最低温度（40℃）时热敏电阻的阻值。调节R M使R O的值等于热敏电阻在80℃时的阻值时，微安表指针满偏。保持R M不变，通过调节R O的阻值等于不同温度下热敏电阻的阻值（40℃到80℃），对微安表进行定标。

2、定标后保持电路中各电阻阻值不变，把K2接在热敏电阻上，把热敏电阻放在烧杯中加热,并用水银温度计测量水温。

3、热敏电阻在40℃时，因为R T＝R1，R3＝R2，电桥平衡，微安表指示为零。

4、测量时，观察水银温度计,从40℃开始到80℃为止,每隔5℃读取微安表的指

示值并与水银温度计的值比较。升降温各测一次。

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，从40℃到80℃水银温度计每隔4℃读取一个对应温度下热敏温度计的指示值，分别记下用水银温度计和热敏温度计测的数据，将水银温度计测出的热水温度作为标准值。

2、根据测得的数据绘制出温度校正曲线图。作图时以热敏温度计的指示值作为横坐标轴，以偏差作为纵坐标轴。

4、注意事项：

1、接通电源前，电阻箱须调到预计值，以防通过检流计的电流过大，损坏检流计。

2、B、G开关应短时间接通（一般以3秒为宜），通电时间长会导致电阻发热，引起阻值变化，接通时间过短会使测量数据误差过大。

3进行试验时动作要迅速，以防水温发生变化，导致试验误差过大。

五、试验数据处理与分析

1、试验数据记录

表1 电阻—温度特性测定数据表

水银温度计观测数据

各温度下平衡电桥中R3的电阻值倍率

各温度下热敏电阻阻值

T （℃）

R 3 2

1R R R T

升温

降温

平均值

40 5215 5184 5198 1 5198 45 4455 4477 4466 1 4466 50 3896 3864 3880 1 3880 55 3364 3340 3352 1 3352 60 2886 2894 2890 1 2890 65 2526 2528 2527 1 2527 70 2180 2224 2202 1 2202 75 1930 1918 1924 1 1924 80

1672

1710

1691

表2 温度校正数据表

水银温度计观测数据 T （℃） 40

热敏电阻温度计观测数据 T t （℃） 40．2 44.7 48.4 51.6 55.7 60.2 63.2 68.6 72.1 75.7 79.5

偏差△t （℃）

T t -T

0.2

0.7

0.4

- 0.4 - 0.3 0.2

- 0.8

0.6

0.1

- 0.3 - 0.5

2、数据处理

1、根据表一的数据绘制热敏电阻的电阻—温度特性曲线图。

2、根据表2的数据绘制温度校正曲线图。

试验结果：

改装后的热敏电阻温度计能较为准确的测出改装范围内的水温，但某些点的误差较大。

思考题：

如何才能提高改装热敏电阻温度计的精确度？

答：用电桥测量热敏电阻的阻值时，应迅速找出平衡点、缩短测量时间；适当选定测量温度的间隔。具体方法为：要测热敏电阻在某一温度时的电阻时，在水温接近这点时先调电桥平衡，待水温达到需要的温度时再进行微调即可。

心得体会：

通过实验，我觉得做好一个实验不仅要有扎实的理论基础，也必须具备一定的动手能力。同时做好一个实验也要有耐心。通过本次实验，我对热敏电阻的温度特性和惠斯通电桥原理及其运用有了进一步的了解。并学会了如何运用热敏电阻改装成温度计。通过试验我还发现了以下一些问题：

1、测量时操作一定要迅速，否则测出的数据误差较大。

2、热敏温度计的阻值较低，通过桥式电路的电流比较大，接通时间过长会引起实际温度的变化，因此，用电桥法测量热敏电阻阻值时，应迅速找出平衡点，缩短测量时间。具体方法为：要测热敏电阻在某一温度时的电阻时，在水温接近这点时先调电桥平衡，待水温达到需要的温度时再进行微调即可。

3、接通桥路中的B，G开关时间不宜过长也不宜过短，一般按下3秒左右，接通时间过短不能确保电桥是否已经平衡，接通时间过长会导致电阻发热，引起阻值变化。

4、最重要的是最低温度（40℃）和最高温度（80℃）时的观测数据，若不测出它们就无法准确的进行定标和分析。

基于热敏电阻的数字温度计

电子信息工程学院电子设计应用软件训练任务【训练任务】： 1、熟练掌握PROTEUS软件的使用； 2、按照设计要求绘制电路原理图； 3、能够按要求对所设计的电路进行仿真；【基本要求及说明】: 1、按照设计要求自行定义电路图纸尺寸； 2、设计任务如下：基于热敏电阻的数字温度计设计要求使用热敏电阻类的温度传感器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来，将被测温度在显示器上显示出来： ●测量温度范围?50℃～110℃。 ●精度误差小于0.5℃。 ●LED数码直读显示。本题目使用铂热电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在此可以近似取电阻变化率为 0.385Ω/℃。向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。采用2.55mA的电流源对PT100进行供电，然后用运算放大器LM324搭建的同相放大电路将其电压信号放大10倍后输入到AD0804中。利用电阻变化率0.385Ω/℃的特性，计算出当前温度值。 3、按照设计任务在Proteus 6 Professional中绘制电路原理图； 4、根据设计任务的要求编写程序，在Proteus下进行仿真，实现相应功能。【按照要求撰写总结报告】成绩：＿＿＿＿＿

一、任务说明使用热敏电阻类的温度传感器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来，将被测温度在显示器上显示出来： ●测量温度范围?50℃～110℃。 ●精度误差小于0.5℃。 ●LED数码直读显示。本题目使用铂热电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在此可以近似取电阻变化率为 0.385Ω/℃。向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。采用2.55mA的电流源对PT100进行供电，然后用运算放大器LM324搭建的同相放大电路将其电压信号放大10倍后输入到AD0804中。利用电阻变化率0.385Ω/℃的特性，计算出当前温度值。二、元器件简介 1、AT89C51简介 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS，8位微处理器，俗称单片机。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。其引脚图如图一所示。图一 AT89C51引脚图

浅谈大学物理实验教学设计

浅谈大学物理实验教学设计【摘要】大学物理实验是高等院校理工科学生必修的一门重要基础课。在提高学生的科学素质、培养学生的创新精神和实践能力中具有特殊的作用。实施新型实验教学方式已成为大学物理实验教学改革和实践的热点。本文对大学物理实验教学模式进行研究对该实验教学模式中的“完善实验教学设计”进行了详细分析。【关键词】大学物理实验；创新能力；教学模式物理学是一门实验科学，是物理学的基础。凡是物理学的概念、规律及公式都是以客观实验为基础的，即物理理论绝不能脱离物理实验的验证。大学物理实验作为大学生进校后的第一门科学实验课程，不仅应让学生受到严格的、系统的实验技能训练掌握科学实验的基本原理、方法和技巧，更主要的是要培养学生严谨的科学思维能力和创新精神，培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力，特别是与科学技术发展相适应的综合能力。因而实验教学应该面对时代的发展、科技进步的新趋势和新挑战不断有所改变和创新。只有这样才能适应社会对人才知识和科学素质越来越高的要求[1]。为了搞好大学物理实验教学，教师必须重视和研究实验教学。首先，要进行完善的实验教学设计，确定明确的实验目标；其次，要提供开放的实验环境和及时的辅导，让学生不断自主地进行实验探索并获得成就感；再次，要充分利用现代教育媒体和信息技术手段，提高实验教学效率加强教师与学生的互动，激发学生对实验的探索兴趣和重视[2-3]。本文对如何完善实验教学设计结合我院大学物理实验的教学模式进行研究和探讨。大学物理实验教学是消化理论知识验证知识的过程它有助于锻炼和提高学生的实验方法和技能。随着科学技术的不断进步和发展物理实验将在学生的知识、能力和素质的培养方面发挥越来越重要的作用。 1 以素质教育为目的，建立物理实验课程新体系课程体系重新设置的重点是：加强基础，重视应用，培养能力，提高素质，把“知识、能力、素质”三要素贯穿整个实验教学改革过程。实验课程体系的设计必须让学生系统掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技能，打好基础；同时还必须与现代科学技术接轨，现代科技成果与经典课程内容相互渗透，是在对实验课程体系改革时应充分给以关注的问题。 2 授课对象起点分析《大学物理实验》课程是针对全体工科专业开设，开设时间在大学第二、三学期。学生为地方高考青年学生，已经具备了比较扎实的科学文化基础。经过大学第一学期物理课程的学习，学生掌握了大学物理的一般规律和一般物理实验的基本原理，对常见物理现象具有感性认识和一般的理性理解。本科学生总体知识水平较好，但动手能力一般，实操经验不强，对《大学物理实验》课程的学习大

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基于热敏电阻的数字温度计专业班级：机械1108 组内成员：罗良李登宇李海先指导老师：张华日期： 2014年6月12日

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基于热敏电阻的数字温度计设计

目录 1 课程设计的目的 (1) 2 课程设计的任务和要求 (1) 3 设计方案与论证 (1) 4 电路设计 (2) 4.1 温度测量电路 (3) 4.2 单片机最小系统 (6) 4.3 LED数码显示电路 (8) 5 系统软件设计 (9) 6 系统调试 (9) 7 总结 (11) 参考文献 (13) 附录1：总体电路原理图 (14) 附录2：元器件清单 (15) 附录3：实物图 (16) 附录4：源程序 (17)

1 课程设计的目的（1）掌握单片机原理及应用课程所学的理论知识；（2）了解使用单片机设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题；（3）学习单片机仿真、调试、测试、故障查找和排除的方法、技巧；（4）培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度；（5）锻炼自己的动手动脑能力，以提高理论联系实际的能力。 2 课程设计的任务和要求（1）采用LED 数码管显示温度；（2）测量温度范围为-10℃~110℃；（3）测量精度误差小于0.5℃。 3 设计方案与论证方案一：本方案主要是在温度检测部分利用了一款新型的温度检测芯片DS18B20，这个芯片大大简化了温度检测模块的设计，它无需A/D 转换，可直接将测得的温度值以二进制形式输出。该方案的原理框图如图3-1所示。 DS18B20是美国达拉斯半导体公司生产的新型温度检测器件，它是单片结构，无需外加A/D 即可输出数字量，通讯采用单线制，同时该通讯线还可兼作电源线，即具有寄生电源模式。它具有体积小、精度易保证、无需标定等特点，特别适合与单片机合用构成智能温度检测及控制系统。图3-1 方案一系统框图单片机最小系统数码显示温度传感器 DS18B20

热敏电阻演示实验

实验三十五热敏电阻演示实验一、实验目的：了解NTC 热敏电阻现象。二、实验内容：通过对NTC 热敏电阻加热，了解其特性。三、实验仪器：加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、＋15V 稳压电源、电压表、主、副电源。四、实验原理：热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类：PTC 热敏电阻(正温度系数)与NTC 热敏电阻(负温度系数)。一般NTC 热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC 突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。有些功率PTC 也作为发热元件用。PTC 缓变型热敏电阻可用作温度补偿或作温度测量。一般的NTC 热敏电阻测温范围为：-50℃～+300℃。热敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有：非线性大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点。一般只适用于低精度的温度测量。五、实验注意事项：加热时间不要超过2分钟，此实验完成后应立即将＋15V 电源拆去，以免影响梁上的应变片性能。六、实验步骤： 1、了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号，它是一个蓝色元件，封装在双平行振动平行梁上片梁的表面。 2、将电压表切换开关置2V 档，直流稳压电源切换开关置±2V 档，按图35接线，开启主、副电源，调整W1(RD)电位器，使电压表指示为100mV 左右。这时电压表的指示值为室温时的Vi 。 3、将＋15V 电源接入加热器，加热器的另一端接地。观察电压表的读数变化（注意加热时间不要超过2分钟）。电压表的输入电压： S IL IH T IL i V ) W W (R W V ?++= 4、由此可见，当温度时，RT 阻值，Vi 。

大学物理设计性实验设计性实验报告

大学物理实验设计性实验 --电位差计测金属丝电阻率姓名：马野班级：土木0944 学号： 0905411418 指导教师：曹艳玲实验地点：大学物理实验教学中心

【实验目的】 1. 了解电位差计的结构，正确使用电位差计； 2掌握电位差的工作原理—补偿原理。 3能用电位差计校准电表和电阻率的测定。 4学习简单电路的设计方法，培养独立工作的能力。【实验原理】利用电位差计，通过补偿原理，来测定未知电阻和已知电阻两端的电压，利用分压原理，算出未知电阻的阻值，利用螺旋测微器和刻度尺测出电阻丝的长度和横截面积的直径，通过电阻率公式即可计算出电阻率。补偿原理在图1的电路中，设E 0是电动势可调的标准电源，Ex 是待测电池的电动势（或待测电压Ux ），它们的正负极相对并接，在回路串联上一只检流计G ，用来检测回路中有无电流通过。设E 0的内阻为r 0；Ex 的内阻为 rx 。根据欧姆定律，回路的总电流为：电位差原理如果我们调节E 0使E 0和Ex 相等，由(1)式可知，此时I =0，回路无电流通过，即检流计指针不发生偏转。此时称电路的电位达到补偿。在电位补 R R r r E E I g x x +++-= 00 图1 补偿原理 x

偿的情况下，若已知E 0的大小，就可确定Ex 的大小。这种测定电动势或电压的方法就叫做补偿法。显然，用补偿法测定Ex ，必须要求E 0可调，而且E 0的最大值E 0max ＞Ex ，此外E 0还要在整个测量过程中保持稳定，又能准确读数。在电位差计中，E 0是用一个稳定性好的电池（E ）加上精密电阻接成的分压器来代替的，如图2所示。图2中，由电源E 、限流电阻R 1以及均匀电阻丝RAD 构成的回路叫做工作回路。由它提供稳定的工作电流I 0，并在电阻RAD 上产生均匀的电压降。改变B 、C 之间的距离，可以从中引出大小连续变化的电压来，起到了与E 0相似的作用。为了能够准确读出该电压的读数，使用一个标准电池进行校准。换接开关K 倒向“1”端，接入标准电池E S ，由E S 、限流电阻R 2、检流计G 和RBC 构成的回路称为校准回路。把B 、C 固定在适当的位置（如图中的位置），设RBC =R S ，调节R 1（即调节I 0），总可以使校准回路的电流为零，即R S 上的电压降与E S 之间的电位差为零，达到补偿。图2 电位差计原理图 x

基于PT100热敏电阻的数字温度计

嵌入式设计基于热敏电阻的数字温度计设计院（系）专业班级指导老师学生姓名成绩 2015年 7月 10日

目录第一章绪论 (1) 第二章设计要求及构思 (2) 2.1设计要求 (2) 2.2设计构思 (2) 第三章总体程序流程图 (4) 第四章原理框图 (5) 4.1PT100铂热电阻: (5) 4.2信号放大电路 (5) 4.4主芯片电路图 (7) 4.5 四位数码管 (8) 第五章仿真电路图 (9) 第六章心得体会 (11) 参考文献 (12) 附录程序代码 (13)

第一章绪论随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入，温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。目前温度计按测使用的温度计种类繁多，应用范围也比较广泛，大致可以包括以下几种方法：1，利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2，利用热电效应技术制成的温度检测元件3，利用热阻效应技术制成的温度计4，利用热辐射原理制成的高温计5，利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。将输出的微弱电压信号通过OP07放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。

第二章设计要求及构思 2.1设计要求 1.系统硬件设计（1）使用热敏电阻PT100; （2）单片机采用MCS51系列；（3）LED数码管显示温度。 2.系统软件设计（1）温度可以通过PT100热敏电阻实调程序；（2）AD转换芯片检测温度的模拟量程序；（3）LED显示程序； 3.系统功能（1）测量温度范围?50℃～110℃；（2）精度误差小于0.5℃；（3）LED数码管显示。 2.2设计构思（1）本题目使用铂热敏电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变，PT100后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在110℃时它的阻值约为142.29欧姆,在-50℃它的电阻值为80.31欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在0℃到110℃电阻的变化率为（142.29-100）/110≈ 0.3845Ω/℃,在-50到0℃电阻的变化率为（100-80.31）/50=0.3938Ω/℃。向PT100输入稳恒电流，使PT100输出的电压与其内部电阻成线性关系变化。（2）其输出的的电压是模拟信号，需要进行模数转换后才能被有效显示。查找相关模数转换元器件后暂选ADC0808进行模数转换，其有效电压为0～5V。向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。（3）由于0.385Ω相对于100多欧姆的电阻来说很小，即温度变化1℃时输出的电压变化量很小，这么小的电压不能改变ADC0808输出的一个数字信号。所以要对PT100输出的电压进行放大。放大倍数是根据最大测量温度确定的，即110℃时输出的电压不能超过+5V,否则测量不到110的温度，最终经调试后取放大倍数为36。再将放大后的电压输入ADC0808模数转换器。（4）综上所述。采用2.49V的电压与运算放大器搭建成的恒流源对PT100进行供电，然后用运算放大器OP07搭建的同相放大电路将其电压信号放大36倍后输入到ADC0808中。ADC0808根据输入0到5V的电压，转换成对应的十进制0到255数字。再利用电阻变化率的特性，计算出当前温度值，数码管直接显示温度。

热电阻温度计的结构和原理

热电阻温度计的结构和原理其优点如下： 1、循环周期9～13秒，生产效率高，—条线年产标砖6000万块。 2、蒸养车可码放砖坯16层，有效利用蒸压釜，节约蒸压能耗23%。 3、整机布局结构紧凑，占地面积小，能节省土建投资成本达28%。 4、抓坯和码垛定位精度高，减少中间周转过程，提高制品的成品率。 5、自动化程度高，操作简单方便，实现单机单人操作。热电阻温度计的结构和原理？热电阻是近年来发展起来的一种新型半导体感温元件。由于它具有灵敏度高、体积小、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点，因此应用非常广泛。负系数热敏电阻热敏电阻与普通热电阻不同，它具有

负的电阻温度特性，当温度升高时，电阻值减小热敏电阻的阻值---温度特性曲线是一条指数曲线，非线性度较大，因此在使用时要进行线性化处理，线性化处理虽然能改善热敏电阻的特性曲线，但比较复杂。热敏电阻的应用是为了感知温度为此给热敏电阻以恒定的电流，测量电阻两端就得到一个电压，然后就可以求得温度。如能测得热敏电阻两端的电压，再知道参数和系数k，则可计算出热敏电阻的环境温度，也就是被测的温度。这样就把电阻随温度的变化关系转化为电压温度变化的关系了。电阻温度计就是把热敏电阻两端电压值经a/d转换变成数字量，然后通过软件方法计算得到温度值，再通过进行显示。热电阻温度计的工作原理热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。1、热电阻测温原

理及材料热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。2、热电阻的类型1）普通型热电阻从热电阻的测温 2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击； ③能弯曲，便于安装④使用寿命长。3）端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。4）隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于bla--b3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。铠

热敏电阻温度-阻值表

柜机、分体、窗机、TMC、变频空调（除压缩机排气处）热敏电阻温度/阻值表（R25=5KΩB25/50=3470K）温度(℃)阻值(KΩ)温度(℃)阻值(KΩ)温度(℃)阻值(KΩ) -30.0 63.7306 14.0 7.7643 58.0 1.5636 -29.0 60.3223 15.0 7.4506 59.0 1.5142 -28.0 57.1180 16.0 7.1513 60.0 1.4666 -27.0 54.1043 17.0 6.8658 61.0 1.4206 -26.0 51.2686 18.0 6.5934 62.0 1.3763 -25.0 48.5994 19.0 6.3333 63.0 1.3336 -24.0 46.0860 20.0 6.0850 64.0 1.2923 -23.0 43.7182 21.0 5.8479 65.0 1.2526 -22.0 41.4868 22.0 5.6213 66.0 1.2142 -21.0 39.3832 23.0 5.4048 67.0 1.1771 -20.0 37.3992 24.0 5.1978 68.0 1.1413 -19.0 35.5274 25.0 5.0000 69.0 1.1068 -18.0 33.7607 26.0 4.8108 70.0 1.0734 -17.0 32.0927 27.0 4.6298 71.0 1.0412 -16.0 30.5172 28.0 4.4566 72.0 1.0100 -15.0 29.0286 29.0 4.2909 73.0 0.9800 -14.0 27.6216 30.0 4.1323 74.0 0.9509 -13.0 26.2913 31.0 3.9804 75.0 0.9228 -12.0 25.0330 32.0 3.8349 76.0 0.8957 -11.0 23.8424 33.0 3.6955 77.0 0.8695 -10.0 22.7155 34.0 3.5620 78.0 0.8441 -9.0 21.6486 35.0 3.4340 79.0 0.8196 -8.0 20.6380 36.0 3.3113 80.0 0.7959 -7.0 19.6806 37.0 3.1937 81.0 0.7730 -6.0 18.7732 38.0 3.0809 82.0 0.7508 -5.0 17.9129 39.0 2.9727 83.0 0.7293 -4.0 17.0970 40.0 2.8688 84.0 0.7086 -3.0 16.3230 41.0 2.7692 85.0 0.6885 -2.0 15.5886 42.0 2.6735 86.0 0.6690 -1.0 14.8913 43.0 2.5816 87.0 0.6502 0.0 14.2293 44.0 2.4934 88.0 0.6320 1.0 13.6017 45.0 2.4087 89.0 0.6144 2.0 1 3.0057 46.0 2.3273 90.0 0.5973 3.0 12.4393 47.0 2.2491 91.0 0.5808 4.0 11.9011 48.0 2.1739 92.0 0.5647 5.0 11.3894 49.0 2.1016 93.0 0.5492 6.0 10.9028 50.0 2.0321 94.0 0.5342 7.0 10.4399 51.0 1.9656 95.0 0.5196 8.0 9.9995 52.0 1.9015 96.0 0.5055 9.0 9.5802 53.0 1.8399 97.0 0.4919 10.0 9.1810 54.0 1.7804 98.0 0.4786 11.0 8.8008 55.0 1.7232 99.0 0.4658 12.0 8.4385 56.0 1.6680 100.0 0.4533 13.0 8.0934 57.0 1.6149 借助上表，用万用表测量热敏电阻的阻值，比较实际温度，可以判断热敏电阻的好坏，也可以通过测量热敏电阻的阻值来简单测量温度。变频空调压缩机排气处热敏电阻温度/阻值表（R25=50.000KΩB25/50=3950K）温度(℃)阻值(KΩ)温度(℃)阻值(KΩ)温度(℃)阻值(KΩ)温度(℃)阻值(KΩ) -40.0 2009.2 0.0 168.10 40.0 26.507 80.0 6.3515 -39.0 1869.0 1.0 159.46 41.0 25.464 81.0 6.1541

大学物理综合设计性实验(完整)

综合设计性物理实验指导书黑龙江大学普通物理实验室

目录绪论实验1 几何光学设计性实验实验2 LED特性测量实验3 超声多普勒效应的研究和应用实验4 热辐射与红外扫描成像实验实验5 多方案测量食盐密度实验6 多种方法测量液体表面张力系数实验7 用Multisim软件仿真电路实验8 霍尔效应实验误差来源的分析与消除实验9 自组惠斯通电桥单检流计条件下自身内阻测定实验10 用迈克尔逊干涉仪测透明介质折射率实验11 光电效应和普朗克常数的测定液体电导率测量实验12 光电池输出特性研究实验实验13 非接触法测量液体电导率

绪论一．综合设计性实验的学习过程完成一个综合设计性实验要经过以下三个过程： 1．选题及拟定实验方案实验题目一般是由实验室提供，学生也可以自带题目，学生可根据自己的兴趣爱好自由选择题目。选定实验题目之后，学生首先要了解实验目的、任务及要求，查阅有关文献资料（资料来源主要有教材、学术期刊等），查阅途径有：到图书馆借阅、网络查询等。学生根据相关的文献资料，写出该题目的研究综述，拟定实验方案。在这个阶段，学生应在实验原理、测量方法、测量手段等方面要有所创新；检查实验方案中物理思想是否正确、方案是否合理、是否可行、同时要考虑实验室能否提供实验所需的仪器用具、同时还要考虑实验的安全性等，并与指导教师反复讨论，使其完善。实验方案应包括：实验原理、实验示意图、实验所用的仪器材料、实验操作步骤等。 2．实施实验方案、完成实验学生根据拟定的实验方案，选择测量仪器、确定测量步骤、选择最佳的测量条件，并在实验过程中不断地完善。在这个阶段，学生要认真分析实验过程中出现的问题，积极解决困难，要于教师、同学进行交流与讨论。在这种学习的过程中，学生要学习用实验解决问题的方法，并且学会合作与交流，对实验或科研的一般过程有一个新的认识；其次要充分调动主动学习的积极性，善于思考问题，培养勤于创新的学习习惯，提高综合运用知识的能力。 3．分析实验结果、总结实验报告实验结束需要分析总结的内容有：（1）对实验结果进行讨论，进行误差分析；（2）讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法；（3）写出完整的实验报告（4）总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。实验结束后的总结非常重要，是对整个实验的一个重新认识过程，在这个过程中可以锻炼学生分析问题、归纳和总结问题的能力，同时也提高了文字表达能力。在完成综合性、设计性实验的整个过程中处处渗透着学生是学习的主体，学生是积极主动地探究问题，这是一种利于提高学生解决问题的能力，提高学生的综合素质的教学过程。在综合设计性实验教学过程中学生与教师是在平等的基础上进行探讨、讨论问题，不要产生对教师的依赖。有些问题对教师是已知的，但对学生是未知的，这时教师应积极诱导学生找到解决问题的方法、鼓励学生克服困难，并在引导的过程中帮助学生建立科学的思维方式和研究问题的方法。有些问题对教师也是一个未知的问题，这时教师应与学生共同思考共同解决问题。二．实验报告书写要求实验报告应包括：1实验目的；2实验仪器及用具；3实验原理；4实验步骤；5测量原始数据；6数据处理过程及实验结果；7分析、总结实验结果，讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法，总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。三．实验成绩评定办法教师根据学生查阅文献、实验方案设计、实际操作、实验记录、实验报告总结等方面综合评定学生的成绩。（1）查询资料、拟定实验方案：占成绩的20%。在这方面主要考察学生独立查找资料，并根据实验原理设计一个合理、可行的实验方案。（2）实施实验方案、完成实验内容：占成绩的30%。考察学生独立动手能力，综合运用知识解决实际问题的能力。（3）分析结果、总结报告：占成绩的20%。主要考察学生对数据处理方面的知识运用情况，分析问题的能力，语言表达能力。（4）科学探究、创新意识方面：占成绩的20%。考察学生是否具有创新意识，善于发现问题并能解决问题。（5）实验态度、合作精神：占成绩的10%。考察学生是否积极主动地做实验，是否具有科学、

半导体温度计的设计与制作(已批阅)

实验题目：半导体温度计的设计与制作实验目的：测试温度在20~70 ℃的范围内，选用合适的热敏电阻和非平衡电桥线路（或选用你认为更好的测温电路）来设计一半导体温度计。进一步理解热敏电阻的伏安特性和惠斯通电桥测电阻的原理，学习非电学量的电测法，了解实验中的替代原理的应用。实验原理：（1）半导体温度计就是利用半导体的电阻值随温度急剧变化的特性而制作的，以半导体热敏电阻为传感器，通过测量其电阻值来确定温度的仪器。这种测量方法为非电量的电测法。（2）由于金属氧化物半导体的电阻值对温度的反应很灵敏（参见实验3.5.2），因此可以作为温传感器。为实现非电量的电测法，采用电学仪器来测量热敏电阻的阻值，还需要了解热敏电阻的伏安特性。由图1可知，在曲线的起始部分，曲线接近线性，此时，热敏电阻的阻值主要与外界温度有关，电流的影响可以忽略不计。（3）半导体温度计测温电路的原理图如图2所示，当电桥平衡时，表的指示必为零，此时应满足条件T R R R R 321=，若取R 12，则R 3的数值即为的数值。平衡后，若电桥某一臂的电阻又发生改变（如），则平衡将受到破坏，微安计中将有电流流过，微安计中的电流的大小直接反映了热敏电阻的阻值的大小。（4）当热敏电阻的阻值在测温量程的下限1时，要求微安计的读数为零（即0），此时电桥处于平衡状态，满足平衡条件。若取R 12，则R 31，即R 3就是热敏电阻处在测温量程的下限温度时的电阻值，由此也就决定了R 3的电阻值。（5）当温度增加时，热敏电阻的电阻值就会减小，电桥出现不平衡，在微安计中就有电流流过。当热敏电阻处在测温量程的上限温度电阻值2时，要求微安计的读数为满刻度。由于 G T I I >>，则加在电桥两端上的电压近似有：)(3R R I V T CD += （1）根据图2的电桥电路，由基尔霍夫方程组可以求出

大学物理实验设计性实验方案.123333333doc

大学物理实验设计性实验方案实验题目：音叉声波的干涉班级：物理学2011级（2）班学号：2011433196 姓名：赵得芳指导教师：粟琼凯里学院物理与电子工程学院 2013 年5月

前言用橡胶锤敲击音叉，声波将向空间的各个方向传播形成声场。由于音叉产生的声波在空间中将会发生干涉现象，因此在音叉的周围将会出现声音强弱的分布区域，并且将会呈现出一定的规律。音叉分为两股它的两股以同样的频率做开合运动。每一股都将带动它的内外两侧气体形成疏密波，因而音叉振动时可以认为每股两侧各有一个声源而且这两个声源是反相的。按照声学的分析方法，应该区分近场区和远场区，对近场区音叉的每一股的内外两个侧面可以近似视为活塞式声源组成的声柱; 而对远场区，任何声源都可以近似视为球源由于近场区声源性质十分复杂本文以下将只讨论远场区。一、实验目的 1.了解音叉声场的产生原理。 2.探究音叉声场的规律。二、实验原理音叉的叉股只能抽象为通常的面波源或特殊的平面波源和点波源，因此纵波干涉的规律是不可能直接应用于音叉干涉情况的! 那么音叉周围存在的声波干涉，也就应该能够通过这些波源振动发出声波的叠加来加以解释。 1.只考虑内侧面s 1,s 2 振动时声波的叠加情况。

图 1 当内侧面s1、s2振动发声时，远场区的综合波完全可以等效为一个由特殊点波源振动发出的波，如图1所示，其波动方程为： x s=A s(r,θ)cos[ω(t-r/v)+φ] 其中，A s(r,0)，A s(r,π) 最小，A S（r, π/2）、A S(r,3π/2)最大。 2.只考虑外侧面S/1,S/2振动发声时声波的叠加情况。

大学物理实验(最终)

大学物理实验一、万用表的使用 1、使用万用表欧姆档测电阻时，两只手握住笔的金属部分在与电阻两端接触进行测量时，对结果有无影响？为什么？有影响，会使测量值偏小因为人体本身有电阻，两只手握住笔的金属部分在与电阻两端接触相当于并联 2、用万用表测电阻时，通过电阻的电流是由什么电源供给的？万用表的红表笔和黑表笔哪一个电位高？电源部电路提供（万用表的部电池供给的）黑笔 3、用万用表欧姆档判别晶体二极管的管脚极性时，若两测量得到阻值都很小或都很大，说明了什么？两测量得到阻值都很小，说明二极管已被击穿损坏两测量得到阻值都很大，说明二极管部断路 4、能否用万用表检查一回路中电阻值？为什么？不能，因为通电电路中测量电阻值会造成万用表的损坏。

【数据处理】（要求写出计算过程） 1．1R = Ω 2．2R = Ω

3．U = V U σ== V = =2 ?仪最小分度值 V U U == V U U U U =±=（ ± ）V 100%U U U E U = ?= % 二、用模拟法测绘静电场 1、出现下列情况时，所画的等势线和电力线有无变化？（电源电压提高1倍；导电媒质的导电率不变，但厚度不均匀；电极边缘与导电媒质接触不良；导电媒质导电率不均匀）有，电势线距离变小，电力线彼此密集无任何变化无法测出电压，画不出等势线、电力线等势线、电力线会变形失真 2、将电极之间电压正负接反，所作的等势线和电力线是否有变化？等势线和电力线形状基本不变，电力线方向相反 3、此实验中，若以纯净水代替自来水，会有怎样的结果？实验无法做，因为纯净水不导电 4、本实验除了用电压表法外还可以用检流计法（电桥法）来测量电势。试设计测量电路。两种方法各有何优缺点？电压表法优点：简单缺点：误差大

大学物理实验设计

大学物理实验设计验证动生电动势大小的计算公式v BL E = 电动势是物理学中的一个重要的物理量，再有关于电磁学的科学研究和实验中有着重要的作用。组成回路的导体（整体或局部）在恒定磁场中运动，使回路中磁通量发生变化而产生的感应电动势。动生电动势来源于磁场对运动导体中带电粒子的洛伦兹力。由洛伦兹力公式 F=qv×B ，当导体中的带电粒子在恒定磁场B 中以速度v 运动时，F'=ev×B/e,单位正电荷所受洛伦兹力为v×B ，此即引起动生电动势的非静电力。根据电动势的定义，非静电力将电子从负极搬到正极做功为E=BvL,在运动的导体回路中的动生电动势为BvL 。本实验将验证其是否成立。一、实验目的 1、测量物体加速度的原理，从而计算其速度。 2、学习计算长螺线管中的磁场大小。 3、学会用控制变量法来分析各个物理量之间的关系。二、实验原理由我们已学过的知识可知，动生电动势和3个物理量有关，即磁场B ，导体杆长度L 和导体杆速度v 。实验用图如下所示，围绕螺线管的导线通均匀稳定的电流I （图中未画出电源）。螺线管单位长度上的匝数为n ，本实验将螺线管看成是无限长螺线管，则磁场的大小可以用公式I B n 0μ=计算，改变电流的大小即可以求得磁场的大小。保持导体杆的速度大小和长度不变就可以

知道电动势和磁场的关系。同理，保持磁场的大小和导体杆的速度不变，就可以知道电动势和导体杆长度的关系。对于导体杆速度大小的测量，本实验先计算出导体杆的加速度，再求出导体杆的速度。将物体和导体杆看成整体，由于电压表的电阻很大，电压表示数即为电动势，故电路可看成断路，即可以忽略导体杆所受的安培力，因此可求出共同加速度为 m M mg ，（其中M 为导体杆质量，m 为重物质量）然后测出导体运动时间t ，就可以知道导体杆的瞬时速度 v ，从而可以分析导体杆动生电动势和导体杆速度的关系。三、实验仪器长螺线管，导线，开关，可变直流电源，导体杆（刻有长度标记），直流电压表，导轨（带有光滑定滑轮），重物，细绳。四、实验内容

用热敏电阻改装温度计 大学物理设计性实验