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1、 大学物理实验报告模版-半导体温度计的设计与制作 实 验 报 告 评分： 试验题目：半导体温度计的设计与制作 试验目的：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，了解试验中的替代原理的应用，同时提高组装、焊接电路的操作力量。 试验器材：热敏电阻、待焊接的电路板、微安表、电阻器、电烙铁、电阻箱、电池、导线、万用表、恒温水浴 试验原理：半导体温度计就是利用半导体的电阻值随温度变化而发生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。一般使用金属氧化物半导体作温度传感器。 热敏电阻的伏安特性曲线和测温电路原理图如下： 图一：热敏电
2、阻的伏安特性曲线和测温电路原理图 当取伏安特性曲线的a段时，近似认为符合欧姆定律。当IG使G满偏时，近似认为VCD=IT（R3+RT）。由基尔霍夫方程组解得： 由上式可以确定R1（=R2），其中R3确实定是在下限温度电阻RT1下，使电桥平衡，从而有R3=RT1、R2=R1。由下表可以知道，R3=RT1=2277，RT2=462。作出R-T曲线并计算得：R1=R2=4545。 T（） 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 R（） 2750 2277 1922 1654 1388 1186 1004 T（） 50.0 55.0 60.0 65.0 70.0 75.0
3、 RG=3970IG=50a UCD=1V R（） 860 730 623 537 462 403 表一：热敏电阻的R-T关系和根本试验条件 图二：T-R关系图 试验内容： （1） 在坐标纸上绘出热敏电阻的电阻-温度曲线，确定所设计的半导体温度计的下限温度（20）所对应的电阻值RT1和上限温度（70）所对应的电阻值RT2。再由热敏电阻的伏安特性曲线确定最大工作电流IT。依据试验中采纳的热敏电阻的实际状况，选取VCD=1V，它可以保证热敏电阻工作在它的伏安特性曲线的直线局部。 （2） 令R3=RT1，即测量温度的下限电阻值，由式（3）计算出桥臂电阻R1和R2的电阻值。式中RT2为量程上限温度的电
4、阻值；RG为微安表的内阻。 （3） 熟识线路原理图（图3.5.3-2）和底版配置图（图3.5.3-4），对比试验所用元件、位置及线路的连接方向。 （4） 留意正确使用电烙铁，学会焊接，防止重焊、虚焊、漏焊、断路。焊接时K1放在1挡，电流计“+”端与E处要最终连接，以免损坏电表。 （5） 标定温度计 R1和R2的调整和测量：开关置于1挡，拨下E处接线，断开微安计，用多用表检查R1和R2，使之阻值到达式（3）的计算值（可以取比计算值略小的整数）。 将电阻箱接入接线柱A和B，用它代替热敏电阻，开关置于3位置，令电阻箱的阻值为测量下限温度（20）所对应的RT1，调整电位器R3，使电表指示为零（留意，在
5、以后调整过程中，R3保持不变）。然后，使电阻箱的阻值为上限温度（70）所对应的RT2，调整电位器R，使微安计满量程。（为什么调R可使电表满刻度？） 开关置于2挡，调整电位器，R4，使微安计满量程，这时，R4=，RT2。（其目的何在？） 开关置于3挡，从热敏电阻的电阻-温度特性曲线上读出温度2070，每隔5读一个电阻值。电阻箱逐次选择前面所取的电阻值，读出微安计的电流读数I。将图3.5.3-5的表盘刻度改成温度的刻度。另外，作出对应的I-T曲线并与表盘刻度比拟。 用实际热敏电阻代替电阻箱，整个局部就是经过定标的半导体温度计。用此温度计测量两个恒温状态的温度（如35、55）。读出半导体温度计和恒温
6、水浴自身的温度，比拟其结果。 试验数据： T（） 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 R（） 2277 1922 1654 1388 1186 1004 I（A） 0 6.3 12.0 18.4 24.0 29.9 T（） 50.0 55.0 60.0 65.0 70.0 R（） 860 730 623 537 462 I（A） 34.5 39.0 43.0 46.8 50.0 表二：T-I对应关系 实际测量恒温水浴的状况为： 36.7下，电流为20.0A；57.6下，电流为40.9A。 试验数据和结果分析： 将T-I的关系作成曲线如下 图三：T-I关系图 依据上图并利
7、用ORIGIN的读数功能可以读出，在36.7时，对应的电流大约是20.2A；在57.6时，对应的电流大约是40.8A，这两个数据和实际测量所得到的值吻合得比拟好，可以认为试验中的温度标定是胜利的。 试验中误差的来源主要是对电桥中电阻初始化和对微安表的读数，假如不认为给定的热敏电阻的温度和电阻的关系是准确的话，那么最大的误差来源于对热敏电阻实际的温度-电阻关系的测定（注：通过“用热敏电阻测温度”这个试验可以深切体会到）。由于这些误差来源不确定性很大而且几乎不能定量计算，故不作定量的误差分析。 另外，由于技术缘由，纸质微安表盘随预习报告和试验数据一同交上。 试验小结： 本试验操作中的难点来源于对电
8、路的焊接。我由于过度信任课本上的电路图而缺乏自身分析，没有留意到实际电路和书本上电路的微小不同，导致线路错误，调试过程消耗了不少时间，但是最终还是凭借自己的观看分析发觉了问题，提高了自己的力量。其他操作根本顺当。 思索题：为什么在测R1和R2时，需将开关置于1档，拔下E处接线，断开微安表？ Sol：由电路构造可以知道，这样做的目的是使两个电阻从电路中断开，从而能够精确得到两个电阻的阻值，假如没有这些操作，那么测量的电阻值就是错误的。 篇2：西南民族大学期末大学物理总结重要及公式 大学物理AI作业 No.12 自感、互感、电磁场 一、选择题：（留意：题目中可能有一个或几个正确答案） 1有两个长直
9、密绕螺线管，长度及线圈匝数均一样，半径分别为r1和r2。管内布满匀称介质，其磁导率分别为和。设，当将两只螺线管串联在电路中通电稳定后，其自感系数之比L1：L2与磁能之比Wm1：Wm2分别为： (A) L1:L2 = 1:1，Wm1:Wm2 = 1:1(B) L1:L2 = 1:2，Wm1:Wm2 = 1:1 (C) L1:L2 = 1:2，Wm1:Wm2 = 1:2(D) L1:L2 = 2:1，Wm1:Wm2 = 2:1 C 2面积为S和2S的两圆形线圈1、2如图放置，通有一样的电流I，线圈1的电流所产生的通过线圈2的磁通量用表示，线圈2的电流所产生的通过线圈1的磁通量用表示，则和的大小关系
10、应为：(A) (B) (C) (D) C 3如图，一导体棒ab在匀称磁场中沿金属导轨向右作匀加速运动，磁场方向垂直导轨所在平面。若导轨电阻忽视不计，并设铁芯磁导率为常数，则到达稳定后在电容器的M极板上 （A）带有肯定量的正电荷（B）带有肯定量的负电荷（C）带有越来越多的正电荷 （D）带有越来越多的负电荷 B 4对位移电流，有下述四种说法，请指出哪一种说法是正确的。 A (A) 位移电流是由变化电场产生的。(B) 位移电流是由变化磁场产生的。 (C) 位移电流的热效应听从焦耳楞次定律。(D) 位移电流的磁效应不听从安培环路定理 5两根很长的平行直导线，其间距离为a，与电源组成闭合回路如图。已知导
11、线上的电流强度为I，在保持I不变的状况下，若将导线间距离增大，则空间的：(A) 总磁能将增大。(B) 总磁能将减小。 (C) 总磁能将保持不变。 (D) 总磁能的变化不能确定。 A 1 1 6在圆柱形空间内有一磁感应强度为的匀称磁场，如下图，的大小以速率变化，有一长度为的金属棒先后放在磁场的两个不同位置，则金属棒在这两个位置1(ab)和2(ab)时感应电动势的大小关系为：(A) (B) (C) (D) B 二、填空题： 1有两个线圈，自感系数分别为，已知，串联成一个线圈后测得自感系数，则两线圈的互感系数M= 1.5mH 。 2有两个长度一样，匝数一样，截面积不同的长直螺线管，通以一样大小的电流
12、。现在将小螺线管完全放入大螺线管里（两者轴线重合），且使两者产生的磁场方向全都，则小螺线管内的磁能密度是原来的 倍；若使两螺线管产生的磁场方向相反，则小螺线管中的磁能密度为 0 （忽视边缘效应）。 3半径为R的无限长柱形导体上匀称流有电流I，该导体材料的相对磁导率，则在导体轴线上一点的磁场能量密度为 0 ，在与导体轴线相距为处()的磁场能量密度 。 4反映电磁场根本性质和规律的积分形式的麦克斯韦方程组为： 试推断以下结论是包含或等效于哪一个麦克斯韦方程式的，将你确定的方程式用相应填在相对应结论的空白处。 （）磁感应线是无头无尾的；_ _。 （）电荷总伴随有电场；_ _ _。 （）变化的磁场肯定
13、伴随有电流； _ _。 5圆形平行板电容器，从试画出充电过程中，极板间某点P电场强度的方向和磁场强度的方向。 三、计算题： 1一宽度为的薄铜片，卷成一个半径为R的细圆筒，设，电流I匀称分布通过此铜片（如图） （）忽视边缘效应，求管内的磁感应强度的大小； （）不考虑两个伸展局部（如图），求这一螺线管的自感系数。 解：（1）因两个伸展面局部电流方向相反，故在管内产生=0，而铜管相当于一个通电密绕直螺线管，故管内的大小为 (2) 管内为匀强磁场，磁能为： 又，所以其自感系数为： 2截面为矩形的螺绕环共N匝，尺寸如下图，图中下半部两矩形表示螺绕环的截面在螺绕环的轴线上另有一无限长直导线。（1）求螺绕环
14、的自感系数； （2）求长直导线螺绕环间的互感系数； （3）若在螺绕环内通一稳恒电流I，求螺绕环内储存的磁能。 解：（）设螺绕环通电流I，由安培环路定理可得环内磁感应强度： 则通过螺绕环的磁通链数为： 由自感系数的定义，自感系数为： （）设长直导线通电流I，则在四周产生的磁场： 则通过螺绕环的磁通链数: 由互感系数的定义，互感系数为： （）若螺绕环通电流I，则环内储存的磁能为： 3给电容为的平行板电容器充电，电流为时电容器极板上无电荷。求： （1）极板间电压随时间而变化的关系； （2）时刻极板间总的位移电流（忽视边缘效应）。 解：（）由电容的定义，得极板电压： （）由全电流的连续性，时刻极板间总的位移电流：