电阻温度计与不平衡电桥(指导书)

上海电力学院物理实验指导书所属课程：大学物理实验实验名称：电阻温度计与不平衡电桥面向专业：电力、热动、信控实验室名称：物理实验室2006年5 月一、实验目的：1、掌握电阻温度计测量温度的基本原理和方法。

2、学习采用不平衡电桥测非电量的标定方法。

二、实验仪器、设备：三、实验原理：所有化学纯金属的电阻都和温度有着确定的函数关系，随着温度的升高而增大。

对于像铜这样的导体Rt＝R0(1＋At＋Bt2＋Ct3)，Rt是与温度相关的电阻，其中B，C均较小可忽略不计，故ΔRt＝R0AΔt．（A也较小）我国生产的铜电阻在-50℃～150℃温度范围的电阻值与温度的对应关系为：CD10V对于铜电阻，当温度从0℃ 升高到100℃时，其电阻值从53.0Ω增大到75.5Ω。

反之，当铜电阻分别呈现这样的电阻值时，即意味着其处于相应的温度下。

四、实验步骤：1、 定标：连接电路，电桥的放大倍数取1（R A 、R B 都取53欧姆），标准电阻R （电阻箱）取53.0Ω，用电阻箱代替铜电阻取53欧姆（相当于铜电阻0℃）这时电桥平衡G=0。

然后调节代替铜电阻的电阻箱取75.5欧姆（相当于处在100℃环境时铜电阻），调节电源电压大小使G=100μA 。

2、 用铜电阻换下75.5Ω电阻箱，将铜电阻探头放入杯子内，同时放入玻璃温度计，给杯子内倒入开水（不要全部淹没铜电阻探头）从80℃开始每隔5℃同时记下玻璃温度计和微安（μA ）表的读数。

3、 检验：用标定好的电阻温度计分别测量不同温度的水温，同时与水银温度计测量的温度比较，数据填入表格。

五、数据记录：t-----电阻温度计读数（实际上t就是微安表上的读数）T----水银温度计读数六、实验结果分析：从实验数据可以看到，第一个温度值只能测到74℃，是因为水温下降太快，很难抓到75℃时的数据，即使是74℃测得的数据也误差较大，这是因为外界的因素。

在以后的数据中，铜电阻测得的温度比水银温度计测得的总是高2℃左右的样子，这是因为铜电阻探头的导热性比水银温度计差的原因造成的。

非平衡电桥及电阻温度系数的测量一、实验任务1．掌握非平衡电桥的工作原理与方法；2．熟悉温度控制器的控温过程及使用方法；3．用非平衡电桥测合金材料的电阻温度系数；4．用数字万用表测量热敏电阻（半导体电阻）在不同温度下的阻值。

二、操作要点1．我们希望电桥灵敏度较高，故采用输出对称电桥（卧式桥），即R1=R2，R4=R3，R1≠R4。

R1是待测电阻；R2和R3装在一个小盒子中，是固定电阻；R4是电阻箱。

四个电阻组成一个电桥。

2．预调电桥平衡，使输出电压值只与电阻的变化有关。

我们测材料的电阻温度系数α是指某一温度区间的α，如30℃～70℃时的α；那么预调电桥平衡时R1的温度应稳定在30℃。

3．本实验中我们测两种不同材料电阻阻值和温度的关系，为提高效率，建议在某一预设温度稳定时同时记录两个值。

合金材料的电阻温度系数特别小，故用非平衡电桥来测量；热敏电阻的阻值则直接用数字万用表测量。

当仪器显示温度稳定于预设值时，同时记录非Δ和数字万用测得的热敏电阻的阻值，将测量值填入自行设计的表格平衡电桥输出电压V中。

4．在不同的温度下（温度间隔为5℃），重复步骤3，使测量点达到10个。

5．建议U0取5 V左右，要用数字万用表测量并记录U0，要求有效数字达到3位以上。

三、注意事项1．实验开始前，所有导线，特别是加热炉与温控仪之间的连线应连接可靠。

2．实验测量过程中，尽量避免碰触仪器和接线，以免因电阻接线的微小变化引起电桥的严重失衡，导致测试结果出现极大的误差。

3. 不能用数字万用表的欧姆档测电压，否则会烧坏电表。

4．实验完毕后，应立即切断电源。

5．由于热敏电阻耐高温的局限，设定加温的上限值不超过100℃。

四、报告要求1．分别用作图法和最小二乘法分别计算合金材料电阻的电阻温度系数；2．绘制半导体电阻的电阻～温度（R-T）关系曲线。

五、讨论题1 、2 。

物理实验报告年级专业：姓名：学号：组别：一、实验名称：非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数二、实验目的：掌握用非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数的实验方法，求出具体热敏电阻的特性参数和温度系数三、实验器材：热敏电阻、数字万用表、 ZX-21 型电阻箱、滑线变阻器、固定电阻器、水浴锅、温度计、直流稳压电源。

四、实验原理：（1）直流电桥：直流电桥是一种精密的非电量测量仪器，有着广泛的应用。

它的基本原理是利用已知阻值的电阻，通过比例运算，求出一个或几个未知电阻的阻值。

直流电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥。

平衡电桥需要通过调节电桥平衡求得待测电阻阻值。

平衡电桥可用来测定未知电阻，由于需要调节平衡，因此平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，比如固定电阻的阻值。

而对变化电阻的测量有一定的困难。

如果采用直流非平衡电桥，则能对变化的电阻进行动态测量，直流非平衡电桥输出的非平衡电压能反映电阻的变化。

在电桥平衡时，桥路中的电流I g0 ，桥臂电阻之间存在如下关系：R1 /R2R3 / R t如果被测电阻的阻值R t发生改变而其他参数不变，将导致I g 0，I g是R t的函数。

因此，可以通过I g的大小来反映R t的变化。

这种电桥称为非平衡电桥。

当电源的输出电压 E 一定时，非平衡电桥桥路的输出电压 Ut 为：U tR1R2ER2R t R1 R3R2 [ R3 E U t ( R1R3 )]R tR3 )则R1 E U t ( R1（ 2）热敏电阻：用半导体材料制成的非线性电阻，其特点是电阻对温度变化非常灵敏。

与绝大多数金属电阻率随温度升高而缓慢增大的情况完全不同，半导体热敏电阻随温度升高，电阻率很快减少。

在一定温度范围内，热敏电阻的阻值可表示为bR t ae T式中 T 为热力学温度， a、 b 为常量，其值与材料性质有关。

热敏电阻的电阻温度系数 a 定义为dR t baT 2R t dT通过记录相应温度t 下的 Ig，再用电阻箱替代热敏电阻，调节电阻箱阻值，使前后Ig 相等，电阻箱的阻值即为热敏电阻对应温度下的阻值。

非平衡电桥与电阻温度计的设计
任务：利用非平衡电桥测量原理设计一个电阻温度计，测量范围0～100℃。

要求：（1）测出铜电阻的伏安特性曲线，选定电桥工作电流。

（2）选定电桥比率臂电阻R1=R2，比较臂电阻R3=R0，电桥工作电压E 。

（3）标定Rt～I，将其转化为t～I。

器材：铜电阻体，可调标准电阻箱，微安表（或数字毫伏表），直流稳压电源，温度计，加热装置。

提示：所有化学纯金属电阻的阻值有规则的随温度的升高而增大。

在-50～150℃范围内，铜电阻阻值随温度变化的关系为
式中，R0、Rt分别为0、t℃的电阻值，A=4.280´10-3℃-1，B=-9.31´10-8℃-2，C=1.23´10-9℃-3。

利用金属的这种性质来测量介质温度的仪器称为电阻温度计。

它一般由铜电阻体和非平衡电桥组成。

按我国统一设计标准，铜电阻的R0值有100W和500W两种，其精度在-50～50℃范围内为±0.5℃，在50～150℃范围内为±(1%´t)。

本设计实验用R0=53.0W的铜电阻，在-50～150℃范围内，电阻值与温度的对应关系出厂时已给定，见下表4-1。

表4-1：铜电阻体阻值与温度的关系。

非平衡电桥的应用（自组热敏电阻温度计）一.实验任务1.设计一个用热敏温度计作传感元件，用非平衡电桥作指示的温度计。

2.先利用平衡电桥原理，测定不同温度下热敏电阻的阻值随温度变化的实验曲线。

3.利用上述试验点进行曲线拟合，获得热敏电阻之随温度的变化曲线R(t)。

4.利用R(t)对热敏电阻温度计定标。

二.实验原理1.平衡电桥原理测定R(t)I g=0时存在关系：R1R2=R tR3，若同时R1=R2，那么R3=R(t)。

实验时通过调节R3使得I g=0 ，就有R(t)=R32.热敏电阻温度计组装及标定电桥中R1，R2，R3不发生变化。

R(t)变化时I g随之变化；而R(t)的变化是由温度决定的。

这样表头读数的变化就和温度变化建立了一一对应的联系。

温度计定标就是将这种联系表示出来并形成标准的对照表。

（比如将10，20，30，……100摄氏度对应的表头示数列表，这就成为一个温度计标准）三.实验仪器指示用微安表头1个，热敏电阻加热装置1台，标准温度计和温度变送器1个，数字电压表1台，固定电阻2个，电阻箱2个，三路直流稳压电源1台，滑线变阻器和单刀开关各1个，导线若干。

说明：1.微安表头：笔者使用的是指针单向摆动的表头；也可能有双向摆动的。

后者较好，因为时刻都可以知道电流的反正和大小。

前者只能判断一个方向的电流。

2.热敏电阻加热装置(见下页)：接线柱3，4接在40伏的电源上用来给热敏电阻加热；接线柱1，2之间的电阻就是加热后热敏电阻的阻值。

热敏电阻上的小孔后面要用到。

需要小心的是热敏电阻少说要加热到90摄氏度，不要碰到。

3.标准温度计和温度变送器:这里指的就是Pt 电阻温度计。

做过冰的熔解热或者是热导率的测定的同学应该有印象：它的探头在这里要插入热敏电阻加热装置的小孔里，连接它的导线的另一端上的两个插头要插在万用表的测电阻的插孔里。

（详见《基础物理实验》p96）4. 数字电压表:Pt 电阻分度表在实验书上有，在考试的时候也提供。

不平衡电桥的等效电阻理论说明以及概述1. 引言：1.1 概述不平衡电桥是一种常见的测量电路，广泛应用于各个领域的精密测量中。

在实际应用中，不平衡电桥的等效电阻是一个重要的参数，它会直接影响到电桥的测量结果和精度。

因此，对不平衡电桥的等效电阻进行理论说明和研究具有重要的意义。

1.2 文章结构本文共分为五个部分。

首先是引言部分，介绍了文章的背景、目的和结构。

第二部分是关于不平衡电桥的等效电阻理论说明，包括不平衡电桥概念、原理以及等效电阻的定义与计算方法。

第三部分介绍了不平衡电桥等效电阻的测量方法，包括直接测量法、平衡条件下计算法以及常用测量器件与技术介绍。

第四部分则详细分析了等效电阻对于电桥测量精度的影响因素，并提出相应的修正方法。

最后，在第五部分给出文章总结和未来展望。

1.3 目的本文旨在通过对不平衡电桥等效电阻的理论说明和概述，深入探讨等效电阻在电桥测量中的重要性，分析影响精度的因素，并提出改进措施。

同时，通过文章的研究，为未来不平衡电桥等效电阻的进一步研究提供参考和展望。

2. 不平衡电桥的等效电阻理论说明2.1 不平衡电桥的概念不平衡电桥是一种测量电阻值的仪器，由四个电阻组成，其中两个电阻被称为调节电阻，另外两个则被称为未知电阻。

通过调节调节电阻，使得整个电桥达到平衡状态。

当不平衡电桥达到平衡时，可以利用已知条件计算出未知电阻的值。

2.2 不平衡电桥的原理不平衡电桥基于基尔霍夫定律和欧姆定律原理工作。

当不平衡电桥处于非平衡状态时，会产生一个微小的差异电压或者差异电流。

这个差异信号可以用来计算未知元件的参数，比如等效电阻。

2.3 等效电阻的定义与计算方法等效电阻指的是将不完全匹配或者偏离理想模型下的实际不平衡系统简化为一个具有可调性质的单独分支网络所需要具备的综合特性。

在不平衡情况下，等效负载中存在一个与实际情况相对应但大小和方向与输入信号中的非平衡性相等的电压（或电流）。

利用这个等效电压（或电流），可以通过一些计算方法得到未知电阻的值。

基于非平衡电桥的热敏电阻数字温度计设计
热敏电阻数字温度计是一种基于热敏电阻的温度测量器，利用电流通过热敏电阻时产生的热量与温度之间的关系来测量环境的温度。

该温度计的工作原理基于非平衡电桥，通过调整电桥的偏置电压来测量热敏电阻的电阻值，从而得到温度信息。

热敏电阻的电阻值会随着温度的变化而变化，这种变化可以通过欧姆定律来表示。

设热敏电阻的电阻值为R，电压为V，电流为I，则有V=IR。

当电流I保持不变时，电压V随着热敏电阻的电阻值R发生变化，从而可以得到温度信息。

为了保证测量准确性，需要对电路进行校准。

校准过程中需要先将热敏电阻置于已知温度下，并记录下相应的电阻值。

再将热敏电阻置于待测温度下，并进行电阻值读数，通过比较已知温度下的电阻值和待测温度下的电阻值，可以得到温度信息。

为了方便读取温度信息，可以使用单片机等数字电路将电阻值转换为数字信号，并通过LCD显示器显示出来。

具体的实现过程需要根据具体的电路设计进行确定。

总之，基于非平衡电桥的热敏电阻数字温度计是一种精度高、可靠性好的温度测量器，可以广泛应用于各种场合。

基于非平衡电桥的温度计设计实验报告一、实验目的本实验旨在通过设计基于非平衡电桥的温度计，了解其工作原理，熟悉电桥的使用方法和调整技巧，掌握温度计的测量原理和操作要点。

二、实验原理1.非平衡电桥非平衡电桥是一种常用的电桥，它的基本原理是利用电桥平衡时电路中电流为零的特点，通过改变电桥的电阻来测量待测量的物理量。

它由四个电阻组成，其中一个电阻为待测量的物理量，另外三个电阻为已知电阻。

当电桥平衡时，电桥两侧的电势差为零，电流为零，此时输入电压等于输出电压。

2.温度计温度计是一种用来测量温度的仪器，它根据物质在温度变化时的热学性质来测量温度。

常用的温度计有水银温度计、酒精温度计、电阻温度计、热电偶温度计等。

3.基于非平衡电桥的温度计基于非平衡电桥的温度计是一种利用电桥非平衡时的电压差来测量温度的仪器。

它由电桥、电源、放大电路、指示装置等组成。

温度计的电桥中包含一个热敏电阻，它的电阻值随温度的变化而变化，从而导致电桥失平衡，电桥两侧的电势差不再为零。

三、实验步骤1.电路连接将电桥、电源、放大电路、指示装置等按照电路图连接起来。

2.调整电桥调整电桥，使其平衡，即电桥两侧的电势差为零，电流为零。

3.加热待测物加热待测物，使其温度升高，从而导致热敏电阻的电阻值发生变化，使电桥失平衡。

4.测量电压测量电桥两侧的电势差，即非平衡电压。

5.计算温度根据已知的电桥参数和热敏电阻的特性曲线，计算待测物的温度。

四、实验结果通过实验，我们成功地设计出了基于非平衡电桥的温度计，测量了待测物的温度，并得到了准确的测量结果。

我们进一步熟悉了电桥的使用方法和调整技巧，掌握了温度计的测量原理和操作要点。

五、实验结论基于非平衡电桥的温度计是一种常用的温度测量仪器，它利用电桥非平衡时的电压差来测量待测物的温度。

本实验通过设计温度计，使我们更加深入地了解了电桥的工作原理和调整技巧，掌握了温度计的测量原理和操作要点，为我们今后进行相关研究和应用奠定了基础。