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實驗指導書 課程名稱：大學物理實驗 指導教師 ： 姓名：黃思文 專業(yè)班級：土木0906班 ——相信大家已經對書上的原理非常清楚了，只是在設計實驗這一塊兒上缺乏足夠的經驗罷了，實際上在分析一下原理和實驗儀器的基礎上，尋找二者的聯(lián)系，那么就會有頭緒了。 如何設計熱敏電阻特性實驗 實驗儀器：A---------杜瓦瓶，冰塊，電爐，燒杯，試管，硅油； B---------直流穩(wěn)壓電源，實驗電路板，運放器，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+實驗電路板+熱敏電阻+可調電阻箱——實驗控制電路 運放器+發(fā)光二極管——比較電路 所以，測量熱敏電阻的電阻參數就非常簡單了 實驗方案： 一 實驗思路：通過測得兩組特定溫度下對應的電阻值，即求得T1，R1; T2，R2的情 況下，解關于R=的兩個方程就行了。 二 實驗步驟： 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,如此重復五到六次。（注意每次測量時間不宜過長，因為通電會引起電阻發(fā)熱，所以讀數時要仔細觀察讀數變化，并選取適當的值作為最終值。） 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（看具體的實驗條件，試驗不提供硅油時，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）。將燒杯放在電爐上，電阻可以在水沸騰以后再放進去，如此進行五到六次實驗。 3.實驗數據處理階段，實驗數據表見下方： 序號 環(huán)境 1 2 3 4 5 平均值 冰水R(歐姆) 沸水R(歐姆) 將實驗數據的平均值計算出來以后，帶入方程即可解得 設計溫控開關的方法 這里需要了解運放器的作用和連接方法： 運放器的簡單介紹 在電子電路中，常利用運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集成運放的表示符號 那么在了解運放器的功能后，就知道如何設計溫控開關了 運放器+熱敏電阻+電阻箱+發(fā)光二極管 設計溫控開關 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導通性）。 實驗電路原理： 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），那么運放器的兩個輸入端（標有+ -）就沒有電勢差， 如此一來，在輸出端就沒有電流，也就相當于二極管中沒有電流通過，發(fā)光二極管不亮。 2. 參數確定： 原理1就相當于溫控開關未打開；R1，R2是固定阻值的電阻；R3實際上就是實驗中的溫控電阻(=R3)，它的電阻值是溫控開關報警溫度T（二極管發(fā)光溫度，實驗一般用常溫下的阻值）下的理論計算值；而R4是為滿足R1/R2=R3/R4（一般是1:1/1:1）的設定值，試驗中將T溫度下的熱敏電阻值計算出來后,調節(jié)電阻箱的阻值為R4=即完成電路參數的確定。 3. 溫控原理： 介紹完原理1,2估計大家都應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極，二極管不亮；當溫度升高到T以上時，正極輸入端電位大于負極，二極管中通過有正向電流，導通發(fā)光，溫控目的達到。 溫控開關設計方案及步驟： 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，故調節(jié)R4==R3即可）將各個參數設定好。注意實驗給定的不再是導線和電極，而是電路板和細導線，注意邏輯連接方式和檢查實驗電路的正確性。 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，實驗目的達到。 實驗注意事項 實驗一：1，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接觸而發(fā)生變化 2,，注意電阻是發(fā)熱元件，故不應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而影響兩個參數的理論計算。 實驗二：1，實驗一的結果對實驗二有很大的影響，故實驗一的結果要慎重處理。 2，試驗中電路一定要連接正確，這與電路板的特性有很大關系。 實驗發(fā)散思考： 1 ，實驗的電阻測量應該注意什么？（見上） 2 ，實驗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，這是因為 1 電路中的電阻箱和熱敏電阻方位可以互換； 2 運放器的正負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：實驗指導書電子版 熱敏電阻特性測量及應用 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換為電學量，在工作溫度范圍內，其電阻值隨溫度升高而增加的電阻器稱為正溫度系數熱敏電阻器，簡稱PTC熱敏電阻器，反之稱為負溫度系數熱敏電阻器，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（如電視機消磁電路、電子驅蚊器）等中有廣泛用途。 【實驗目的】 1. 了解熱敏電阻的特性； 2. 學會測量熱敏電阻的參數； 3. 通過制作溫控開關學習熱敏電阻的應用。 【實驗原理】 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； ——熱敏電阻的溫度，單位K。 實驗中通過測定兩個特定溫度下NTC的阻值，確定其參數與，那么，對未知溫度即可通過測出其對應的電阻值，然后由公式5-3-1算得出。 【實驗儀器】 數字萬用表，杜瓦瓶，冰塊，電爐，燒杯，試管，硅油；直流穩(wěn)壓電源，實驗電路板，集成運算放大器（LM324集成運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。 ）， 電阻及發(fā)光二極管等電子元件。 【實驗要求】 1. 擬定確定待測參數與的實驗方案； 2. 寫出電阻與溫度的關系式； 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。 【參考資料】 《電子愛好者實用資料大全》，電子工業(yè)出版社，1989年 如用ADV表示運算放大器的開環(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集成運放的表示符號 本文作者：黃思文 武漢理工大學土木工程系2009級