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實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 課程名稱：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)教師 ： 姓名：黃思文 專業(yè)班級：土木0906班 ——相信大家已經(jīng)對書上的原理非常清楚了，只是在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)這一塊兒上缺乏足夠的經(jīng)驗(yàn)罷了，實(shí)際上在分析一下原理和實(shí)驗(yàn)儀器的基礎(chǔ)上，尋找二者的聯(lián)系，那么就會有頭緒了。 如何設(shè)計(jì)熱敏電阻特性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)儀器：A---------杜瓦瓶，冰塊，電爐，燒杯，試管，硅油； B---------直流穩(wěn)壓電源，實(shí)驗(yàn)電路板，運(yùn)放器，電阻，發(fā)光二極管。 不妨觀察 A——杜瓦瓶+冰塊——創(chuàng)造穩(wěn)定存在的0攝氏度環(huán)境（杜瓦瓶就是保溫瓶） 電爐+燒杯+硅油——創(chuàng)造穩(wěn)定存在的100攝氏度環(huán)境（硅油的作用似乎是絕緣） B——直流穩(wěn)壓電源+實(shí)驗(yàn)電路板+熱敏電阻+可調(diào)電阻箱——實(shí)驗(yàn)控制電路 運(yùn)放器+發(fā)光二極管——比較電路 所以，測量熱敏電阻的電阻參數(shù)就非常簡單了 實(shí)驗(yàn)方案： 一 實(shí)驗(yàn)思路：通過測得兩組特定溫度下對應(yīng)的電阻值，即求得T1，R1; T2，R2的情 況下，解關(guān)于R=的兩個方程就行了。 二 實(shí)驗(yàn)步驟： 1 測量熱敏電阻在0攝氏度條件下的電阻R1。將放在冰箱中的冰塊取出后放在杜瓦瓶中，向杜瓦瓶中加入適量的水，將熱敏電阻放入冰水混合物中，一段時間后用萬用電表測待測電阻的阻值R1,如此重復(fù)五到六次。（注意每次測量時間不宜過長，因?yàn)橥姇痣娮璋l(fā)熱，所以讀數(shù)時要仔細(xì)觀察讀數(shù)變化，并選取適當(dāng)?shù)闹底鳛樽罱K值。） 2.測量熱敏電阻在100攝氏度條件下的電阻R2。將電阻從冰水混合物中 取出，向燒杯中加入水（看具體的實(shí)驗(yàn)條件，試驗(yàn)不提供硅油時，則用水；若提供硅油， 則溫度要發(fā)生變化，具體要看硅油的沸點(diǎn)）。將燒杯放在電爐上，電阻可以在水沸騰以后再放進(jìn)去，如此進(jìn)行五到六次實(shí)驗(yàn)。 3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理階段，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表見下方： 序號 環(huán)境 1 2 3 4 5 平均值 冰水R(歐姆) 沸水R(歐姆) 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值計(jì)算出來以后，帶入方程即可解得 設(shè)計(jì)溫控開關(guān)的方法 這里需要了解運(yùn)放器的作用和連接方法： 運(yùn)放器的簡單介紹 在電子電路中，常利用運(yùn)算放大器高電壓增益的特性，將其用作電壓比較器。 圖5-3-2 LM324引腳排列圖 LM324是一種四運(yùn)算放大器，其開環(huán)電壓增益ADV > 105，最高電源電壓32V，最高輸出電壓為V+－1.5V，引腳排列如圖29—2： 圖5-3-1集成運(yùn)放的表示符號 那么在了解運(yùn)放器的功能后，就知道如何設(shè)計(jì)溫控開關(guān)了 運(yùn)放器+熱敏電阻+電阻箱+發(fā)光二極管 設(shè)計(jì)溫控開關(guān) 電阻按從左到右，從上到下的順序依次為： R1，R2，R3，R4；另外，第一個三角形表示運(yùn)放器（兩個輸入端，一個輸出端）；第二個表示發(fā)光二極管（具有朝向尖端的單項(xiàng)導(dǎo)通性）。 實(shí)驗(yàn)電路原理： 1. 電橋原理： 對于四個電阻兩兩串聯(lián)，然后再并聯(lián)在一起的電路，如果滿足R1/R2=R3/R4，（其中R的描述見上圖），那么運(yùn)放器的兩個輸入端（標(biāo)有+ -）就沒有電勢差， 如此一來，在輸出端就沒有電流，也就相當(dāng)于二極管中沒有電流通過，發(fā)光二極管不亮。 2. 參數(shù)確定： 原理1就相當(dāng)于溫控開關(guān)未打開；R1，R2是固定阻值的電阻；R3實(shí)際上就是實(shí)驗(yàn)中的溫控電阻(=R3)，它的電阻值是溫控開關(guān)報(bào)警溫度T（二極管發(fā)光溫度，實(shí)驗(yàn)一般用常溫下的阻值）下的理論計(jì)算值；而R4是為滿足R1/R2=R3/R4（一般是1:1/1:1）的設(shè)定值，試驗(yàn)中將T溫度下的熱敏電阻值計(jì)算出來后,調(diào)節(jié)電阻箱的阻值為R4=即完成電路參數(shù)的確定。 3. 溫控原理： 介紹完原理1,2估計(jì)大家都應(yīng)該知道電路是如何工作的的了——對于本圖而言，溫度在T以下時，正極輸入端的電位小于等于負(fù)極，二極管不亮；當(dāng)溫度升高到T以上時，正極輸入端電位大于負(fù)極，二極管中通過有正向電流，導(dǎo)通發(fā)光，溫控目的達(dá)到。 溫控開關(guān)設(shè)計(jì)方案及步驟： 1， 按圖連接各元件，按R1/R2=R3/R4（一般來說老師給的電阻R1=R2，故調(diào)節(jié)R4==R3即可）將各個參數(shù)設(shè)定好。注意實(shí)驗(yàn)給定的不再是導(dǎo)線和電極，而是電路板和細(xì)導(dǎo)線，注意邏輯連接方式和檢查實(shí)驗(yàn)電路的正確性。 2， 將電阻元件放入低于T溫度下的環(huán)境，燈不亮；放入高于T溫度下的環(huán)境時二極管發(fā)光，實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪_(dá)到。 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)一：1，注意操作兩種溫度條件下的電阻測量步驟時要保證電阻的確處于該溫度下，即溫度不能與外界介質(zhì)接觸而發(fā)生變化 2,，注意電阻是發(fā)熱元件，故不應(yīng)該在通電太長時間的情況下測電阻值，每測量一次就趕快與測量儀器（萬用表）斷開。否則將影響電阻組織測量進(jìn)而影響兩個參數(shù)的理論計(jì)算。 實(shí)驗(yàn)二：1，實(shí)驗(yàn)一的結(jié)果對實(shí)驗(yàn)二有很大的影響，故實(shí)驗(yàn)一的結(jié)果要慎重處理。 2，試驗(yàn)中電路一定要連接正確，這與電路板的特性有很大關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)發(fā)散思考： 1 ，實(shí)驗(yàn)的電阻測量應(yīng)該注意什么？（見上） 2 ，實(shí)驗(yàn)二的電路是唯一的嗎？還有同類型的其他鏈接方法嗎？不同類型的呢 ？ 答：（此文件為筆者制作，故僅做參考，望大家思考） 同類型的電路不是唯一的，這是因?yàn)? 1 電路中的電阻箱和熱敏電阻方位可以互換； 2 運(yùn)放器的正負(fù)極輸入端可以連接在不同的并聯(lián)支路； 3 二極管的方向可以與輸出端電流通向，也可以不同。 總的來說有不少于八種接法，但結(jié)果只有兩種，溫度超過時二極管亮或者溫度低于T時二極管亮。 不同類型的電路此處請自己思考。 附件：實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書電子版 熱敏電阻特性測量及應(yīng)用 熱敏電阻器是一種電阻值溫度變化的電子元件。它可以將溫度量直接轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，在工作溫度范圍內(nèi)，其電阻值隨溫度升高而增加的電阻器稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻器，簡稱PTC熱敏電阻器，反之稱為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，簡稱NTC熱敏電阻器。熱敏電阻器在溫度測控、現(xiàn)代電子儀器及家用電器（如電視機(jī)消磁電路、電子驅(qū)蚊器）等中有廣泛用途。 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 1. 了解熱敏電阻的特性； 2. 學(xué)會測量熱敏電阻的參數(shù)； 3. 通過制作溫控開關(guān)學(xué)習(xí)熱敏電阻的應(yīng)用。 【實(shí)驗(yàn)原理】 NTC熱敏電阻值R隨溫度T變化的規(guī)律由式5-3-1表示 （5-3-1） 其中：——25℃時的電阻值； ——材料常數(shù)； ——熱敏電阻的溫度，單位K。 實(shí)驗(yàn)中通過測定兩個特定溫度下NTC的阻值，確定其參數(shù)與，那么，對未知溫度即可通過測出其對應(yīng)的電阻值，然后由公式5-3-1算得出。 【實(shí)驗(yàn)儀器】 數(shù)字萬用表，杜瓦瓶，冰塊，電爐，燒杯，試管，硅油；直流穩(wěn)壓電源，實(shí)驗(yàn)電路板，集成運(yùn)算放大器（LM324集成運(yùn)算放大器是一種高增益直流放大器，其符號如圖5-3-1。它具有高電壓增益和高輸入阻抗的特點(diǎn)。 ）， 電阻及發(fā)光二極管等電子元件。 【實(shí)驗(yàn)要求】 1. 擬定確定待測參數(shù)與的實(shí)驗(yàn)方案； 2. 寫出電阻與溫度的關(guān)系式； 3. 測環(huán)境溫度。 4. 用熱敏電阻作為測溫元件，制作一個溫控開關(guān)。 【參考資料】 《電子愛好者實(shí)用資料大全》，電子工業(yè)出版社，1989年 如用ADV表示運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓增益，則放大器的輸出電壓U0為： 在電子電路中，常利用運(yùn)算放大器高電壓增益的特性，將其用作電壓比較器。 圖5-3-2 LM324引腳排列圖 LM324是一種四運(yùn)算放大器，其開環(huán)電壓增益ADV > 105，最高電源電壓32V，最高輸出電壓為V+－1.5V，引腳排列如圖29—2： 圖5-3-1集成運(yùn)放的表示符號 本文作者：黃思文 武漢理工大學(xué)土木工程系2009級