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熱敏內阻是按照半導體材料的濁度率與氣溫有很強的依賴關系而制成的一種元件,其阻值氣溫系數通常為(-0.003~+0.6)℃-1。為此,熱敏內阻通常可以分為:
ⅰ、負內阻氣溫系數(簡稱ntc)的熱敏內阻器件
常由一些過渡金屬氧化物(主要用銅、鎳、鈷、鎘等氧化物)在一定的焙燒條件下產生的半導體金屬氧化物作為基本材料制成的,近些年還有單晶硅半導體等材料制成。國產的主要是指mf91~mf96型半導體熱敏內阻。因為組成這類熱敏內阻的上述過渡金屬氧化物在溫度范圍內基本已全部電離,即自旋含量基本上與氣溫無關,因而這類熱敏阻值的阻值率隨氣溫變化主要考慮遷移率與氣溫的關系,隨著氣溫的下降,遷移率降低,內阻率增長。大多應用于測溫溫控技術,還可以制成流量計、功率計等。
ⅱ、正阻值氣溫系數(簡稱ptc)的熱敏內阻器件
常用錳酸鋇材料添加微量的鈦、鋇等或稀土元素采用陶瓷工藝,低溫烤制而成。這類熱敏內阻的內阻率隨氣溫變化主要依賴于自旋含量,而遷移率隨氣溫的變化相對可以忽視。自旋數量隨氣溫的下降呈指數降低,自旋數量越多,內阻率越小。應用廣泛,除測溫、控溫,在電子線路中作濕度補償外,還制成各種加熱器,如電吹風等。
2、實驗裝置及原理
【實驗裝置】
fqj—ⅱ型教學用非平衡直流電橋,fqj非平衡電橋加熱實驗裝置(加熱爐外置mf51型半導體熱敏內阻(2.7kω)以及溫控用的氣溫傳感),連接線若干。
【實驗原理】
按照半導體理論,通常半導體材料的阻值率和絕對濕度之間的關系為
(1—1)
式中a與b對于同一種半導體材料為常量,其數值與材料的化學性質有關。因此熱敏內阻的阻值值可以按照內阻定理寫為
(1—2)
式中為兩電極寬度離,為熱敏內阻的'橫截面,。
對某一特定內阻而言,與b均為常數,用實驗方式可以測定。為了易于數據處理,將上式兩側取對數,則有
(1—3)
上式表明與呈線性關系,在實驗中只要測得各個氣溫以及對應的內阻的值,
以為橫座標,為縱座標畫圖,則得到的圖線應為直線,可用圖解法、計算法或最小二加法求出參數a、b的值。
熱敏內阻的內阻氣溫系數下式給出
(1—4)
從上述方式求得的b值和溫度代入式(1—4),就可以算出溫度時的阻值氣溫系數。
熱敏內阻在不同水溫時的內阻值,可由非平衡直流電橋測得。非平衡直流電橋原理圖如下圖所示,b、d之間為一負載內阻,只要測出,就可以得到值。
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當負載內阻→,即電橋輸出處于開
路狀態時,=0,僅有電流輸出,用表示,當時,電橋輸出=0,即電橋處于平衡狀態。為了檢測的確切性,在檢測之前,電橋必須預調平衡,這樣可使輸出電流只與某一臂的內阻變化有關。
若r1、r2、r3固定,r4為待測內阻,r4=r_,則當r4→r4+△r時,因電橋不平衡而形成的電流輸出為:
(1—5)
在檢測mf51型熱敏內阻時,非平衡直流電橋所采用的是臥式電橋,,且,則
(1—6)
式中r和均為預調平衡后的內阻值,測得電流輸出后,通過式(1—6)運算可得△r,進而求的=r4+△r。
3、熱敏阻值的阻值氣溫特點研究
依據表中學mf51型半導體熱敏內阻(2.7kω)之內阻~氣溫特點研究橋式電路,并設計各臂內阻r和的值,以確保電流輸出不會溢出(本實驗=1000.0ω,=4323.0ω)。
按照橋式,預調平衡,將“功能轉換”開關旋至“電壓“位置,按下g、b開關,打開實驗加熱裝置升溫,每隔2℃測1個值,并將檢測數據列表(表二)。
表一mf51型半導體熱敏內阻(2.7kω)之內阻~溫度特點
室溫℃253035404550556065
內阻ω2700222518701573134111601000868748
表二非平衡電橋電流輸出方式(臥式)檢測mf51型熱敏內阻的數據
i12345678910
室溫t℃10.412.414.416.418.420.422.424.426.428.4
熱力學tk283.4285.4287.4289.4291.4293.4295.4297.4299.4301.4
0.0-12.5-27.0-42.5-58.4-74.8-91.6-107.8-126.4-144.4
0.0-259.2-529.9-789-1027.2-124.8-1451.9-1630.1-1815.4-1977.9
4323.04063.83793.13534.03295.83074.92871.12692.92507.62345.1
依據表二所得的數據做出~圖,如下圖所示。運用最小二加法估算所得的線性多項式為,即mf51型半導體熱敏內阻(2.7kω)的內阻~溫度特點的物理表達式為。
4、實驗結果偏差
通過實驗所得的mf51型半導體熱敏阻值的內阻—溫度特點的物理表達式為。按照所得表達式估算出熱敏內阻的內阻~溫度特點的檢測值,與表一所給出的參考值有較好的一致性,如下表所示:
表三實驗結果比較
室溫℃253035404550556065
參考值rtω2700222518701573134111601000868748
檢測值rtω2720223819001587140812321074939823
相對偏差%0.740.581.600.894.996.207.408.1810.00
從上述結果來看,基本在實驗偏差范圍之內。但我們可以清楚的發覺,隨著氣溫的下降,內阻值變小,而且相對偏差卻在變大,這主要是由肺熱效應而造成的。
5、內熱效應的影響
在實驗過程中,因為借助非平衡電橋檢測熱敏內阻時總有一定的工作電壓通過,熱敏內阻的內阻值大,容積小,潛熱量小,因而焦耳熱將迅速使熱敏內阻形成穩定的低于外界氣溫的附加肺熱溫升,這就是所謂的肺熱效應。在確切檢測熱敏內阻的氣溫特點時,必須考慮肺熱效應的影響。本實驗不作進一步的研究和闡述。
6、實驗小結
通過實驗,我們很顯著的可以發覺熱敏內阻的電阻對氣溫的變化是十分敏感的,但是隨著氣溫上升,其阻值值呈指數關系升高。因此可以借助內阻—溫度特點制成各種傳感,可使微小的氣溫變化轉變為阻值的變化產生大的訊號輸出,非常易于高精度檢測。又因為器件的容積小,形狀和封裝材料選擇性廣,非常易于低溫、高濕、振動及熱沖擊等環境下作溫溫度傳感,可應用與各類生產作業,開發潛力十分大。
學院化學演示實驗3報告篇二
院系名稱:紡織與材料大學
專業班級:輕化工程11級03班
姓名:梁優
學號:
魚洗
實驗描述:
魚洗是中國三大青銅器之一,在魚洗內注入清水后磨擦其兩耳,假如頻度恰當,還會出現湖面形成波紋,發出嗡嗡的聲音并有水花躍出的現象。經驗表明,濕潤的右手比干燥的手掌更容易造成水花飛越。
實驗原理:
魚洗的原理應當是同時應用了波的疊加和共振。磨擦的手掌相當于兩個相干波源,她們形成的水波在盆中互相疊加,產生干涉圖樣。這與實驗中觀察到的現象相同。根據我的剖析,假如震動的頻度接近于魚洗的固有頻度,就會形成共振現象。通過磨擦輸入的能量就會喚起水花。
令人不解的是,事實上魚洗是否能形成水花與右手的磨擦頻度并沒有關系。在場的朋友試著磨擦的時侯,無論是平緩的磨擦還是快速的磨擦,都能造成水花迸裂。通過查閱資料獲知,魚洗的原理似乎是磨擦造成的推挽震動。(如同用槌敲鑼一樣,敲打后鑼面的震動頻度并不等于敲打頻度。)外界能量(右手的磨擦)輸入魚洗時,都會造成其以自己的固有頻度振動。(正如在鑼面上敲一下。)
為何濕潤的手掌更容易導致魚洗的震動呢?從實踐的角度,可能是由于濕潤的右手有更小的磨擦系數,由于磨擦上去更流暢,不會出現干燥右手可能會出現的“阻塞”情況,這只是我個人猜測,并沒有發覺資料有關于這方面的討論。
離心力演示儀
實驗描述:
離心力演示儀是一個圓錐形儀器,中間有一個細柱,細柱穿過一段閉合的`硬塑膠帶上的兩個正對小孔。塑膠帶的一段固定,靜止時,系統為一個豎直平面的圓,中間由細柱傳過。當摁下儀器上的按鍵時,細柱推動塑膠帶在水平面旋轉上去。當旋轉速率減小時,可以看見塑膠帶的自由端延細柱向上運動,整個塑膠帶弄成旋轉的橢圓形狀。
實驗原理:
離心力是一個慣性力,實際上是并不存在的。繞旋轉中心轉動的物體有脫離中心延直徑方向向外運動的趨勢,形成這些趨勢的力即稱為離心力。當啟動儀器時電阻的測量實驗原理,塑膠帶各部份均作水平方向的圓周運動,所須要的向心力由臨近部份的塑膠小段的拉力的徑向分力提供。每一個塑膠小段均收到來自前后兩個塑膠小段的拉力。因為塑膠帶上端是固定的,因而在塑膠帶的下半部份,每位塑膠小段的受力均可分解成提供向心力的徑向分力和豎直向上的分力。對其上半圓部份也有類似的結果,我個人覺得,塑膠帶一段固定是這個儀器最重要的條件,這樣塑膠帶的下半部份的受力結果能夠確定,從而上半部份每位塑膠小段所受的兩個拉力的關系才會確定。在豎直向上的分力作用下,塑膠帶被壓扁成為旋轉的橢圓。
輝光球
實驗描述:
輝光球是方形圓球,實驗室中還有一個為圓盤形狀。工作時會發出動感璀璨的七彩輝光,有一種奇幻療效。仔細觀察輝光球,可以看見其中的二氧化碳,白色的一個輝光球尤為顯著。當將右手放起來時,腳趾接觸圓球的部份會被輝光照亮,同時球中會有一縷二氧化碳與觸碰的位置聯接,非常美麗。另外觀察獲知,假如用筆、尺子等其他物體接觸輝光球,也會出現上述現象,但硬度與用右手接觸相比小得多。
實驗原理:
輝光球的另一個名稱是電離子奇幻球,顧名思義,它的工作原理與電離有關。經查資料獲知,黏稠的稀有二氧化碳在高頻的強電場作用下會發生電離作用。而從生活中的霓虹燈得悉,稀有二氧化碳假如電離,則會發光,具體的顏色與二氧化碳種類有關。按照查到的資料了解,在我們的實驗室的輝光球中,發出紅綠藍四色輝光的圓盤可能充有he,
ne
和_e,白色的輝光球中可能充有ar。在人手觸摸輝光球時,因為人體和大地相連,人觸摸的位置的電勢與大地的電勢相等,整個輝光球的電場分布不再均勻,右手觸碰的地方有更低的電勢,所以會愈加明亮,同時,輝光球中央的電極與人手之間的電勢差會更大電阻的測量實驗原理,因此產生的輝光弧線會始終追隨人的手掌。
學院化學演示實驗3報告篇三
學院化學演示實驗報告實驗目的:通過演示來了解弧光放電的原理
實驗原理:給存在一定距離的兩電極之間加上高壓,若兩電極間的電場達到空氣的擊穿電場時,兩電極間的空氣將被擊穿,并形成大規模的放電,產生二氧化碳的弧光放電。
雅格布天梯的兩極構成一矩形,上端寬度小,因此場強悍(因)。其上端的空氣最先被擊穿而放電。因為電弧加熱(空氣的濕度下降,空氣就越易被電離,擊穿場強就升高),使其下部的空氣也被擊穿,產生不斷放電。結果弧光區逐步上移,如同爬梯子通常的壯麗。當升至一定的高度時,因為兩電極寬度過大,使極間場強太小不足以擊穿空氣,弧光因此熄滅。
簡單操作:打開電源,觀察弧光形成。并觀察現象。(注意弧光的形成、移動、消失)。
實驗現象:
兩根電極之間的高電流使極間最窄小處的電場極其強。巨大的電場力使空氣電離而產生二氧化碳離子導電,同時形成光和熱。熱空氣帶著電弧一起上升,如同新約中的雅各布(yacob以色列人的先祖)夢中看到的天梯。
注意事項:演示器工作一段時間后,步入保護狀態,手動斷電,稍等一段時間,儀器恢復后可繼續演示,
實驗拓展:舉例說明電弧放電的應用
學院化學演示實驗3報告篇四
一、演示目的
二氧化碳放電存在多種方式,如電暈放電、電弧放電和火花放電等,通過此演示實驗觀察火花放電的發生過程及條件。
二、原理
首先讓尖端電極和球型電極與平板電極的距離相等。尖端電極放電,而球型電極未放電。這是因為電荷在導體上的分布與導體的曲率直徑有關。導體上曲率直徑越小的地方電荷蓄積越多(尖端電極處),兩極之間的電場越強,空氣層被擊穿。反之越少(球型電極處),兩極之間的電場越弱,空氣層未被擊穿。當尖端電極與平板電極之間的距離小于球型電極與平板電極之間的距離時,其間的電場較弱,不能擊穿空氣層。而此時球型電極與平板電極之間的距離近來,放電只能在此處發生。
三、裝置
一個尖端電極和一個球型電極及平板電極。
四、現象演示
讓尖端電極和球型電極與平板電極的距離相等。尖端電極放電,而球型電極未放電。接著讓尖端電極與平板電極之間的距離小于球型電極與平板電極之間的距離,放電在球型電極與平板電極之間發生。
五、討論與思索
雷電暴風雨時,最好不要在狹小平坦的田野上行走。為何?
學院化學演示實驗3報告篇五
一、實驗任務
精確測定西安地區的重力加速度
二、實驗要求
檢測結果的相對不確定度不超過5%
三、物理模型的構建及比較
初步確定有以下六種模型方案:
方式一、用打點計時器檢測
所用儀器為:打點計時器、直尺、帶錢包的鐵架臺、紙帶、夾子、重物、學生電源等.
借助自由落體原理使重物做自由落體運動.選擇理想紙帶,找出起始點0,數出時間為t的p點,用米尺測出op的距離為h,其中t=0.02秒×兩點間隔數.由公式h=gt2/2得g=2h/t2,將所測代入即可求得g.
方式二、用滴水法測重力加速度
調節水龍頭球閥,使水滴按相等時間滴下,用秒表測出n個(n取50—100)水滴所用時間t,則每兩水滴相隔時間為t′=t/n,用米尺測出水滴下落距離h,由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方式三、取直徑為r的玻璃杯,內裝適當的液體,固定在旋轉臺上.旋轉臺繞其對稱軸以角速率ω勻速旋轉,這時液體相對于玻璃杯的形狀為旋轉拋物面
重力加速度的估算公式推論如下:
取液面上任一液元a,它距轉軸為_,質量為m,受重力mg、彈力n.由動力學知:
ncosα-mg=0(1)
nsinα=mω2_(2)
兩式相比得tgα=ω2_/g,又tgα=dy/d_,∴dy=ω2_d_/g,
∴y/_=ω2_/2g.∴g=ω2_2/2y.
.將某點對于對稱軸和垂直于對稱軸最高點的直角座標系的座標_、y測出,將轉臺怠速ω代入即可求得g.
方式四、光電控制計時法
調節水龍頭球閥,使水滴按相等時間滴下,用秒表測出n個(n取50—100)水滴所用時間t,則每兩水滴相隔時間為t′=t/n,用米尺測出水滴下落距離h,由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方式五、用圓柱擺檢測
所用儀器為:米尺、秒表、單擺.
使單擺的擺錘在水平面內作勻速圓周運動,用尺子檢測出h(見圖1),用秒表測出擺錐n轉所用的時間t,則擺錐角速率ω=2πn/t
擺錐作勻速圓周運動的向心力f=mgtgθ,而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上幾式得:
g=4π2n2h/t2.
將所測的n、t、h代入即可求得g值.
方式六、單擺法檢測重力加速度
在擺角很小時,擺動周期為:
則通過對以上六種方式的比較,本想嘗試借助光電控制計時法來檢測,但由于實驗室器材不全,故該方式難以進行;對其他幾種方式反復比較,用單擺法檢測重力加速度原理、方法都比較簡單且最熟悉,儀器在實驗室也很齊全,故借助該方式來測最為順利,進而可以得到更為精確的值。
四、采用模型六借助單擺法檢測重力加速度
摘要:
重力加速度是數學學中一個重要熱阻。月球上各個地區重力加速度的.數值,隨該地區的地理經度和相對海平面的高度而稍有差別。通常說,在赤道附近重力加速度值最小,越緊靠南北兩極,重力加速度的值越大,最大值與最小值之差約為1/300。研究重力加速度的分布情況,在月球數學學中具有重要意義。借助專門儀器,仔細測繪各地區重力加速度的分布情況,還可以對地下資源進行偵測。
伽利略在漢堡大修道院禪修察一個圣燈的平緩擺動,用他的心跳跳動作為計時器估算圣燈擺動的時間,他發覺連續擺動的圣燈,其每次擺動的時間間隔是相等的,與圣燈擺動的幅度無關,并進一步用實驗否認了觀察的結果,為單擺作為計時裝置奠定了基礎。這就是單擺的等時性原理。
應用單擺來檢測重力加速度簡單便捷,由于單擺的震動周期是決定于震動系統本身的性質,即決定于重力加速度g和擺長l,只須要量出擺長,并測定擺動的周期,就可以算出g值。
實驗器材:
單擺裝置(自由落體測定儀),鋼尺子,游標千分尺、電腦通用計數器、光電門、單擺線
實驗原理:
單擺是由一根不能伸長的輕質細線和懸在此線上端容積很小的重球所構成。在擺長遠小于球的半徑,擺錐質量遠小于線的質量的條件下,將懸掛的小球自平衡位置拉至一邊(很小距離,擺角大于5°),之后釋放,擺錐即在平衡位置左右作周期性的往返擺動,如圖2-1所示。
圖2-1單擺原理圖
擺錐所受的力f是重力和繩子張力的合力,f指向平衡位置。當擺角很小時(θ
sinθ=
f=psinθ=-mg=-m_(2-1)
由f=ma,可知a=-_
式中減號表示f與位移_方向相反。
單擺在擺角很小時的運動,可近似為簡諧震動,比較諧振動公式:a==-ω2_
可得ω=
于是得單擺運動周期為:
t=2π/ω=2π(2-2)
t2=l(2-3)
或g=4π2(2-4)
借助單擺實驗測重力加速度時,通常采用某一個固定擺長l,在多次精密地檢測出單擺的周期t后,代入(2-4)式,即可求得當地的重力加速度g。
由式(2-3)可知,t2和l之間具有線性關系,為其斜率,如對于各類不同的擺長測出各自對應的周期,則可借助t2—l圖線的斜率求出重力加速度g。
試驗條件及偏差剖析:
上述單擺檢測g的方式根據的公式是(2-2)式,這個公式的創立是有條件的,否則將使檢測形成如下系統偏差:
1.單擺的擺動周期與擺角的關系,可通過檢測θ
實際上,單擺的周期t隨擺角θ降低而降低。按照震動理論,周期除了與擺長l有關,并且與擺動的角振幅有關,其公式為:
t=t0[1+2sin2+2sin2+……]
式中t0為θ接近于0o時的周期,即t0=2π
2.懸線質量m0應遠大于擺錐的質量m,擺錐的直徑r應遠大于擺長l,實際上任何一個單擺都不是理想的,由理論可以證明,此時考慮上述誘因的影響,其擺動周期為:
3.假如考慮空氣的壓強,則周期應為:
式中t0是同一單擺在真空中的擺動周期,空氣是空氣的密度,擺錐是擺錐的密度,由上式可知單擺周期并非與擺錐材料無關,當擺錐密度很小時影響較大。
4.忽視了空氣的粘滯阻力及其他誘因造成的磨擦力。實際中單擺擺動時,因為存在這種磨擦阻力,使單擺不是作簡諧震動而是作減振震動,使周期減小。