用非平衡电桥组装及标定电阻温度计实验报告

一、实验目的与实验仪器1.实验目的（1）掌握电阻温度计的测温原理和方法；（2）学习非平衡电桥测温装置的标定方法。2.实验仪器WT-1非平衡电桥，铜RCu50测温探头，SS1792C直流稳定电源（30V，3A），恒温水浴锅，水银温度计等。二、实验原理导体存在热电阻效应，即它的阻值随温度的变化而变化。铜电阻的阻值Rt与温度t在-50~150℃范围内呈线性关系Rt=R0(1+αt)，R0为0℃时阻值，α为温度系数，α=4.28×10-3/℃.本实验所使用铜电阻在0℃时阻值为R0=50.000Ω.利用铜电阻的热电阻效应，可以将其与非平衡电桥组装成测温的电阻温度计。非平衡电桥如图所示，R1，R2，RN为精密桥臂电阻，Rt为测温铜电阻。当𝑅1𝑅𝑁=𝑅2𝑅𝑡时，电桥达到平衡，UCD=0，电流计G中无电流流过，iCD=0.当介质温度发生变化时，Rt将发生变化，电桥不再平衡，UCD=UAB(𝑅𝑡𝑅2+𝑅𝑡-𝑅𝑁𝑅1+𝑅𝑁)，电流计G中电流不再为零。因为一定的t对应一定的Rt，一定的Rt对应一定的iCD，iCD，引起电流计指针偏转一定角度，当对电流计表盘进行温度标定后，便可直接读出介质的温度t.用非平衡电桥组装及标定电阻温度计实验报告标定表盘通常希望被测量与显示量之间是线性关系，但UCD与Rt之间不满足线性关系。如果设定电桥参数则可以使令其在一定温度范围内近似满足线性关系。把这一过程叫做非线性关系线性化。三、实验步骤1.线路连接利用RCu50与非平衡电桥连接成电阻温度计电路图如图所示，电桥参数𝑅1𝑅2=1.接通电源电压（30V左右），适当选择R值使其处于安全位置，调节电位器RN使电桥电流计指针不超过量程。2.电阻温度计标定（1）标定方法一①将Cu电阻测温探头Rt放入冰水混合物中，调节RN使电桥平衡，电流计指针为0；②将Cu电阻测温探头Rt放入100℃沸水中，调节滑动变阻器R使电流计指针达到满偏100μA（或相应于实际水的沸点温度t℃对应的电流值tμA）；③重复上述步骤，直至将测温探头分别放入冰水混合物和t℃沸水中时，电流计指针分别显示0和tμA，分别标记0℃和t℃；④停止加热水，每降温10℃记录一次电流计读数，直至接近室温。（2）标定方法二①根据附录提供的不同温度下对应的Cu电阻阻值Rt，用一标准电阻箱代替Cu电阻Rt；②从冰水混合物0℃开始标定，取Rt=50.00Ω，调节RN使电桥平衡，即电流计指针为0，一定Rt一定介质温度t一定iCD确定t标记刻度0℃；③取标准电阻箱阻值Rt=71.40Ω，调节滑动变阻器R使电流计指针满偏100μA，标记刻度100℃；重复上述步骤；④重复上述步骤；⑤保持RN和R不变，依次令标准电阻箱阻值为附录中各温度下铜电阻阻值，分别记录每个阻值下对应电流计的偏转值，并标记相应温度，直至满偏。⑥换回Cu电阻后，就可以用来测量温度。四、数据处理1.温度计表头2.I-t定标图方法一与方法二的定标图如下图：相关系数R2方法一：R2=0.9981方法二：R2=0.9991五、分析讨论（提示：分析讨论不少于400字）（1）Rt=R0(1+αt)……………………………………①y=0.9872x+2.9344R²=0.9991020406080100120020406080100120I-t定标图（方法二）I/μAI/μAI/μAt/℃UCD=UAB(𝑅𝑡𝑅2+𝑅𝑡-𝑅𝑁𝑅1+𝑅𝑁)…………………②从①式可以看出Rt与t成正比，但从②式可知，UCD与Rt并不成正比，即iCD与t不成正比，这就会对绘制电阻温度计表头产生影响。但我们通过下边的计算得知他们近似满足线性关系。经过计算可知，当ΔR3R3时，UCD近似与ΔR3成正比，即可以看成Rt与UCD之间近似线性关系。（2）电桥灵敏度计算当R2/R1=1时，灵敏度最高，这也就是课本中给定的R2与R1的比值。六、实验结论从两种方法下直线拟合的结果来看，相关系数R2分别为0.9981和0.9991，可知电流计指针偏转I与温度t成线性关系，说明可以用Cu电阻的热电阻效应标定电阻温度计。七、原始数据（要求与提示：此处将原始数据拍成照片贴图即可）