非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数实验报告
、 名称：非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数二、目的：1、掌握非平衡电桥的工作原理。2、了解金属导体的电阻随温度变化的规律。3、了解热敏电阻的电阻值与温度的关系。4、学习用非平衡电桥测定电阻温度系数的方法三、仪器：1、热敏电阻。2、数字万用表。3、ZX-21 型电阻箱。4、滑线变阻器。5、固定电阻器。6、水浴锅。7、温度计。8、直流稳压电源等四、原理：热敏电阻由半导体材料制成，是一种敏感元件。其特点是在一定的温度范围内， 它的电阻率p随温度T的变化而显著地变化，因而能直接将温度的变化转换为电T 量的变化。一般半导体热敏电阻随温度升高电阻率下降，称为负温度系数热敏电 阻（简称“NTC”元件），其电阻率p随热力学温度T的关系为p = A eB/t（5）,TT 0式中A与B为常数，由材料的物理性质决定。0 也有些半导体热敏电阻，例如钛酸钡掺入微量稀土元素，采用陶瓷制造工艺烧 结而成的热敏电阻在温度升高到某特定范围（居里点，时，电阻率会急剧上升， 称为正温度系数热敏电阻（简称“ PTC ”元件）。其电阻率的温度特性为：p = AeBpT-（6）,式中A、b为常数，由材料物理性质决定。 Tp在本实验中我们使用的是负温度系数的热敏电阻。对于截面均匀的“ NTC”元件，阻值陆由下式表示：R =p A ZeB/T （7）,式中l为热敏电阻两极间T T T S 0S的距离，S为热敏电阻横截面积。令A = A ，则有：R = AeB/t -（8），上式说 0 ST明负温度系数热敏电阻的阻值随温度升高按指数规律下降，如图 2 所示，可见其 对温度的敏感程度比金属电阻等其它感温元件要高得多。由于具有上述性质，热 敏电阻被广泛应用于精密测温和自动控温电路中。对（ 8）式两边取对数，得 lnRt = B丄+ ln A（9），可见lnR与1成线性关系，若从实验中测得若干个R和对T TT TT应的T值，通过作图法可求出A （由截距In A求出）和B （即斜率）。半导体材料的激活能E = Bk，式中k为玻耳兹曼常数（k = 1.38xlO-23J/K），将B与 k值代入可求出E。根据电阻温度系数的定义： 丄辱二丄劣P t dT Rt dT（10 ）,将（8 ）式代入可求出热敏电阻的电阻温度系数：旦 T2（11），对给定材料的热敏电阻，在测得B值后，可求出该温度下的电阻温度系数。五、步骤：1、热敏温度计定标：如图连接线路（接线时不要打开电源），其中R为热x敏电阻，R为试验中给出的总阻值为1750Q的滑动变阻器。将R置于水浴锅中， 3x注意不能接触水浴锅的壁和底。调节R为1000Q，R为100Q , R大约处在1500123Q的位置，打开直流稳压电源，调节电源电压为2V,数字万用表置于2mA档（先不 要打开水浴锅电源）。从Ig=0时开始测量。调节Ig=0后，先将水浴锅设于“测 温”再打开水浴锅电源，马上记录下此时温度显示值t。将水浴锅设于设定,旋转温度设定旋钮至90°C，水浴锅开始对热敏电阻加热记录10组不同温度t 下的Ig,每隔5。测一次，得到热敏电阻的定标曲线t-Ig.2、利用已记录的Ig,把热敏电阻换成电阻箱，通过调节电阻箱的阻值,使数字 万用表显示相应的Ig,从而测出对应的R,得到R -t曲线，并根据数据组（R,T）,t t t对R = aexp（b /T）进行变量变换，变成表达式Y=A+BX形式，利用最小二乘法拟合得 到具体热敏电阻的特性参数a、b。3、由求得的B，计算相应温度下的热敏电阻的温度系数。六、记录：七、数据处理：1± 1±Am/glt-Rt曲线图姆t/C+-t-Rt曲线图T/K313.318.323.328.333.338.343.348.353.358.363.1515151515151515151515l/T0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.0031933143309430473001295729142872283127922753Rt/Q5350430336003000260021301690146912661121939a-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.039723861374736343523347833653234312330232943lnR t8.588.428.217.997.837.697.407.237.216.996.92485491331745bbR 二 a exp(b / T) f tR = a e fl nR = l n + ttT得 Y = ln a + bX1令 Y 二 In R , X =tT由上表中的数据可计算出 a=0.01746 ， b=3892.81由a =1 = - 得到以上a值。R dT T 2 t
