大学物理仿真实验
---------------热敏电阻温度特性曲线实验
实验名称:热敏电阻温度特性曲线实验
一.实验简介:
热敏电阻是由对温度非常敏感的半导体陶瓷质工作体构成的元件。与一般常用的金属电阻相比,它有大得多的电阻温度系数值。热敏电阻作为温度传感器具有用料省、成本低、体积小等优点,可以简便灵敏地测量微小温度的变化,在很多科学研究领域都有广泛的应用。
二.实验目的:
了解热敏电阻的电阻—温度特性及测温原理,学习惠斯通电桥的原理及使用方法,学习坐标变换、曲线改直的技巧。
三.实验原理:
半导体热敏电阻的电阻—温度特性
热敏电阻的电阻值与温度的关系为:
A,B是与半导体材料有关的常数,T为绝对温度,根据定义,电阻温度系数为:
Rt是在温度为t时的电阻值。 惠斯通电桥的工作原理
如图所示:
四个电阻R0,R1,R2,Rx组成一个四边形,即电桥的四个臂,其中Rx就是待测电阻。在四边形的一对对角A和C之间连接电源,而在另一对对角B和D之间接入检流计G。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Rx = (R1/R2)·R0,(R1/R2)和R0都已知,Rx即可求出。
电桥灵敏度的定义为:
式中ΔRx指的是在电桥平衡后Rx的微小改变量,Δn越大,说明电桥灵敏度越高。实验仪器
四.实验装置:
直流单臂电桥、检流计、待测热敏电阻和温度计、调压器。
五.实验内容:
从室温开始,每隔5°C测量一次Rt,直到85°C。撤去电炉,使水慢慢冷却,测量降温过程中,各对应温度点的Rt。求升温和降温时的各Rt的平均值,然后绘制出热敏电阻的Rt-t特性曲线。求出t=50°C点的电阻温度系数。作ln Rt ~ (1 / T)曲线,确定式(1)中常数A和B,再由(2)式求α (50°C时)。
六.实验所测数据:
? 不同T所对应的Rt 值
? Rt均值,1 / T,及ln Rt的值
七.数据处理:
1.热敏电阻的Rt-t特性曲线
数据点连线作图
在图上找到T=50所对应的点做切线,可以求得切线的斜率:
K=(500-0)/(0-85)=5.88
由
由此计算出:α=-0.031
二次拟合的曲线:
在图上找到T=50所对应的点做切线,可以求得切线的斜率:
K=(495-0)/(0-84)=5.89
由
由此计算出:α=--0.031
2.ln Rt -- (1 / T)曲线
仿真实验画出图线如下图所示
但计算机仿真实验画出的曲线图中A的值计算有误,正确的A=0.0153.将图修正后如下:
A=0.0153,B=3047.5383
由此写出
Rt= 0.0153
由此
当T=50时,
思考题:
1. 如何提高电桥的灵敏度?
答:电桥的灵敏度和电源电压,检流计的灵敏度成正比,因此提高电源电压,检流计的灵敏度能提高电桥灵敏度。另外,检流计电阻,桥臂总阻值,桥臂电阻比也关系到电桥的灵敏度,因此合适的桥臂总阻值,桥臂电阻比也能提高电桥灵敏度。
2. 电桥选择不同量程时,对结果的准确度(有效数字)有何影响?
答:第1测量盘(×1000),即第1测量盘不置于“0”时,结果的有效数字位数都为四位。但选择不同量程时,电阻精确到的小数位数不同。选择量程时,要尽量使能读取四位有效数字,即第1测量盘不置于“0”。
大物仿真实验报告
金属杨氏模量的测定
化工12
一、 实验目的
1、掌握用光杠杆测量长度微小变化量的原理和方法
2、学会使用逐差法处理数据
二、 实验原理
人们在研究材料的弹性性质时,希望有这样一些物理量,它们与试样的尺寸、形状和外加的力无关。于是提出了应力F/S(即力与力所作用的面积之比)和应变ΔL/L(即长度或尺寸的变化与原来的长度或尺寸之比)之比的概念。在胡克定律成立的范围内,应力和应变之比是一个常数,即
(1)
E被称为材料的杨氏模量,它是表征材料性质的一个物理量,仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关。某种材料发生一定应变所需要的力大,该材料的杨氏模量也就大。杨氏模量的大小标志了材料的刚性。
通过式(1),在样品截面积S上的作用应力为F,测量引起的相对伸长量ΔL/L,即可计算出材料的杨氏模量E。因一般伸长量ΔL很小,故常采用光学放大法,将其放大,如用光杠杆测量ΔL。光杠杆是一个带有可旋转的平面镜的支架,平面镜的镜面与三个足尖决定的平面垂直,其后足即杠杆的支脚与被测物接触,见图1。当杠杆支脚随被测物上升或下降微小距离ΔL时,镜面法线转过一个θ角,而入射到望远镜的光线转过2θ角,如图2所示。当θ很小时,
(2)
式中l为支脚尖到刀口的垂直距离(也叫光杠杆的臂长)。根据光的反射定律,反射角和入射角相等,故当镜面转动θ角时,反射光线转动2θ角,由图可知
(3)
式中D为镜面到标尺的距离,b为从望远镜中观察到的标尺移动的距离。
从(2)和(3)两式得到
(4)
由此得
(5)
合并(1)和(4)两式得
Y=(6)
式中2D/l叫做光杠杆的放大倍数。只要测量出L、D、l和d()及一系列的F与b之后,就可以由式(6)确定金属丝的杨氏模量E。
三、 实验仪器
杨氏模量仪、光杠杆和标尺望远镜、砝码、钢直尺、钢卷尺、螺旋测微计、游标卡尺、白炽灯
四、 实验过程与步骤
1. 调节仪器
(1) 调节放置光杠杆的平台F与望远镜的相对位置,使光杠杆镜面法线与望远镜轴线大体重合。
(2) 调节支架底脚螺丝,确保平台水平,调平台的上下位置,使管制器顶部与平台的上表面共面。
(3) 光杠杆的调节,光杠杆和镜尺组是测量金属丝伸长量ΔL的关键部件。光杠杆的镜面(1)和刀口(3)应平行。使用时刀口放在平台的槽内,支脚放在管制器的槽内,刀口和支脚尖应共面。
(4) 镜尺组的调节,调节望远镜、直尺和光杠杆三者之间的相对位置,使望远镜和反射镜处于同等高度,调节望远镜目镜视度圈(4),使目镜内分划板刻线(叉丝)清晰,用手轮(5)调焦,使标尺像清晰(图2)。
2. 测量
(1) 砝码托的质量为m0,记录望远镜中标尺的读数r0作为钢丝的起始长度。
(2) 在砝码托上逐次加500g砝码(可加到3500g),观察每增加500g时望远镜中标尺上的读数ri,然后再将砝码逐次减去,记下对应的读数r’i,取两组对应数据的平均值。
(3) 用米尺测量金属丝的长度L和平面镜与标尺之间的距离D,以及光杠杆的臂长。
五、 实验数据记录
l= 40.5mm ;D=52.6mm ;L=100.7mm ;d=0.292mm
六、 数据处理与结论
将所得数据代入Y=得:Y=410.4N/mm2
EN=/=4.5%; Ed==0.1%; EL=0.4/100.7=0.4%;
ED=0.4/52.6=0.7; EY= EL+ED+2Ed+EN=5.8%
故测量结果表示为:
Y=(410.4+23.8)N/mm2
EY=5.8%
误差分析:测量数据较多,读数误差大。
七、 思考题
1.利用光杠杆把测微小长度ΔL变成侧b,光杠杆的放大率为2D/L,根据此式能否以增加D减小L来提高放大率,这样做有无好处?有无限度?应怎样考虑这个问题?
答:这样做的好处是可以增加放大倍数,但是这个仪器的要求是D>>R(D远远大于R),所以不能无限度增大
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