热敏电阻温度特性的研究带验数据处理.doc

本科实验报告 实验名称:热敏电阻温度特性的研究 （略写） 实验15热敏电阻温度特性的研究 【实验目的和要求】 研究热敏电阻的温度特性。 用作图法和回归法处理数据。 【实验原理】 金属导体电阻 金属导体的电阻随温度的升高而增加，电阻值与温度间的关系常用以下经验公式表示： 　　　　　　　　（1） 式中是温度为时的电阻，为C时的电阻，为常系数。 在很多情况下，可只取前三项：　 　　　　　　　　　　（2） 因为常数比小很多，在不太大的温度范围内，可以略去，于是上式可近似写成： 　　　　　　　　　 （3） 式中称为该金属电阻的温度系数。 半导体热敏电阻 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，它的电阻率随温度的变化而显著地变化，因而能直接将温度的变化转换为电量的变化。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，其电阻率随热力学温度的关系为 　　　　　　　　 　　　　　　　　　　 （4） 式中与为常数，由材料的物理性质决定。 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。其电阻率的温度特性为： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 （5） 式中、为常数，由材料物理性质决定。 对（5）式两边取对数，得 　　　　　 　 　　　 （6） 可见与成线性关系，若从实验中测得若干个和对应的值，通过作图法可求出(由截距求出)和(即斜率)。 实验原理图 图1 实验原理图 单臂电桥的基本原理 用惠斯通电桥测量电阻时，电桥应调节到平衡状态，此时。但有时被测电阻阻值变化很快(如热敏电阻)，电桥很难调节到平衡状态，此时用非平衡电桥测量较为方便。 非平衡电桥是指工作于不平衡状态下的电桥，（如图二所示）。我们知道，当电桥处于平衡状态时G中无电流通过。如果有一桥臂的阻值发生变化，则电桥失去平衡，，的大小与该桥臂阻值的变化量有关。如果该电阻为热敏电阻，则其阻值的变化量又与温度改变量有关。这样，就可以用的大小来表征温度的高低，这就是利用非平衡电桥测量温度的基本原理。 下面我们用支路电流法求出与热敏电阻的关系。桥路中电流计内阻，桥臂电阻、、和电源电动势均为已知量，电源内阻忽略不计。 根据基尔霍夫第一定律，并注意附图中的电流参考方向，A、B、D三个节点的电流方程如下： 节点A： 节点B： 节点D： 根据基尔霍夫第二定律，并注 意到图中各双向标量的参考方向， 3个网孔的回路电压方程如下：　　　　　　　　　 回路Ⅰ： 图2单臂电桥原理图 回路Ⅱ：　　　　　　　　 回路Ⅲ： 解以上6个联立方程可得： 　（7) 由上式可知，当时，，电桥处于平衡状态。当时，，表示的实际方向与参考方向相同；当时，，表示的实际方向与参考方向相反。 将（7）式整理后求得热敏电阻： 　　 　　　　 (8) 从上式和（4）式可以看出，与以及与都是一一对应的，也就是说与有着确定的关系。如果我们用微安表测量，并将微安表刻度盘的电流分度值改为温度分度值，这样的组合就可以用来测量温度，称为半导体温度计。用热敏电阻做温度计的探头，具有体积小，对温度变化反应灵敏和便于遥控等特点，在测温技术、自动控制技术等领域有着广泛的应用。 图3 图4 图5 图6 【实验仪器】 灵敏检流计、电阻箱、热敏电阻、玻璃烧杯、小试管、温度计、EH物理实验仪、电热水壶 【实验内容】 1．按实验原理图的实验装置接好电路，安装仪器。 2．在容器内盛入水，开启直流电源开关，先测出室温时温度T0和NTC热敏电阻的阻值R0; 对水加热，使水温逐渐上升,测试的温度从室温开始，每增加5℃，作一次量记为Ti和Ri，直到85℃止。 3 ．用作图法求出温度在室温到85℃ 范围内的材料系数B 。 【实验数据】 T/℃ RT/Ω（升温） RT/Ω（降温） 平均值RT/Ω 25 1845 1821 1833 30 1564 1559 1561.5 35 1241 1325 1283 40 1090 1105 1097.5 45 876 907 891.