熱敏電阻溫度特性的研究帶實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

1、本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)名稱:熱敏電阻溫度特性的研究 （略寫） 實(shí)驗(yàn)15熱敏電阻溫度特性的研究【實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆?. 研究熱敏電阻的溫度特性。2. 用作圖法和回歸法處理數(shù)據(jù)。 【實(shí)驗(yàn)原理】1 金屬導(dǎo)體電阻金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增加，電阻值與溫度間的關(guān)系常用以下經(jīng)驗(yàn)公式表示：（1）式中是溫度為時(shí)的電阻，為C時(shí)的電阻，為常系數(shù)。在很多情況下，可只取前三項(xiàng)： （2）因?yàn)槌?shù)比小很多，在不太大的溫度范圍內(nèi)，可以略去，于是上式可近似寫成： （3）式中稱為該金屬電阻的溫度系數(shù)。2 半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，是一種敏感元件。其特點(diǎn)是在一定的溫度范圍內(nèi)，它的電阻率隨溫度的變化而顯著地變化，因而能

2、直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化。一般半導(dǎo)體熱敏電阻隨溫度升高電阻率下降，稱為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其電阻率隨熱力學(xué)溫度的關(guān)系為 （4）式中與為常數(shù)，由材料的物理性質(zhì)決定。也有些半導(dǎo)體熱敏電阻，例如鈦酸鋇摻入微量稀土元素，采用陶瓷制造工藝燒結(jié)而成的熱敏電阻在溫度升高到某特定范圍（居里點(diǎn)）時(shí)，電阻率會(huì)急劇上升，稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻。其電阻率的溫度特性為： （5）式中、為常數(shù)，由材料物理性質(zhì)決定。對(duì)（5）式兩邊取對(duì)數(shù)，得 （6） 可見與成線性關(guān)系，若從實(shí)驗(yàn)中測(cè)得若干個(gè)和對(duì)應(yīng)的值，通過作圖法可求出(由截距求出)和(即斜率)。3. 實(shí)驗(yàn)原理圖 圖1 實(shí)驗(yàn)原理圖4. 單臂電橋的基本原理用惠斯通電橋測(cè)量電

3、阻時(shí)，電橋應(yīng)調(diào)節(jié)到平衡狀態(tài)，此時(shí)。但有時(shí)被測(cè)電阻阻值變化很快(如熱敏電阻)，電橋很難調(diào)節(jié)到平衡狀態(tài)，此時(shí)用非平衡電橋測(cè)量較為方便。非平衡電橋是指工作于不平衡狀態(tài)下的電橋，（如圖二所示）。我們知道，當(dāng)電橋處于平衡狀態(tài)時(shí)G中無電流通過。如果有一橋臂的阻值發(fā)生變化，則電橋失去平衡，的大小與該橋臂阻值的變化量有關(guān)。如果該電阻為熱敏電阻，則其阻值的變化量又與溫度改變量有關(guān)。這樣，就可以用的大小來表征溫度的高低，這就是利用非平衡電橋測(cè)量溫度的基本原理。下面我們用支路電流法求出與熱敏電阻的關(guān)系。橋路中電流計(jì)內(nèi)阻，橋臂電阻、和電源電動(dòng)勢(shì)均為已知量，電源內(nèi)阻忽略不計(jì)。根據(jù)基爾霍夫第一定律，并注意附圖中的電流參考

4、方向，A、B、D三個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流方程如下：節(jié)點(diǎn)A：節(jié)點(diǎn)B：節(jié)點(diǎn)D：根據(jù)基爾霍夫第二定律，并注意到圖中各雙向標(biāo)量的參考方向，3個(gè)網(wǎng)孔的回路電壓方程如下：回路： 圖2單臂電橋原理圖回路：回路：解以上6個(gè)聯(lián)立方程可得： （7) 由上式可知，當(dāng)時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)。當(dāng)時(shí)，表示的實(shí)際方向與參考方向相同；當(dāng)時(shí)，表示的實(shí)際方向與參考方向相反。將（7）式整理后求得熱敏電阻： (8)從上式和（4）式可以看出，與以及與都是一一對(duì)應(yīng)的，也就是說與有著確定的關(guān)系。如果我們用微安表測(cè)量，并將微安表刻度盤的電流分度值改為溫度分度值，這樣的組合就可以用來測(cè)量溫度，稱為半導(dǎo)體溫度計(jì)。用熱敏電阻做溫度計(jì)的探頭，具有體積小，對(duì)溫度

5、變化反應(yīng)靈敏和便于遙控等特點(diǎn)，在測(cè)溫技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 圖3 圖4 圖5 圖6【實(shí)驗(yàn)儀器】靈敏檢流計(jì)、電阻箱、熱敏電阻、玻璃燒杯、小試管、溫度計(jì)、EH物理實(shí)驗(yàn)儀、電熱水壺【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】 1按實(shí)驗(yàn)原理圖的實(shí)驗(yàn)裝置接好電路，安裝儀器。 2在容器內(nèi)盛入水，開啟直流電源開關(guān)，先測(cè)出室溫時(shí)溫度T0和NTC熱敏電阻的阻值R0; 對(duì)水加熱，使水溫逐漸上升,測(cè)試的溫度從室溫開始，每增加5，作一次量記為Ti和Ri，直到85止。 3 用作圖法求出溫度在室溫到85 范圍內(nèi)的材料系數(shù)B 。【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】T/RT/（升溫）RT/（降溫）平均值RT/2518451821183330156415591561.53512411325128340109011051097.545876907891.5507747967855569068468760602590596654925064997043843643775380375377.580330325327.585285288286.5 表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)【實(shí)驗(yàn)分析及處理】 繪制標(biāo)定曲線，分析標(biāo)定特性R-t曲線作出R-t曲線如下： 表2 R-t曲線得指數(shù)擬合曲線y = 3786.9e（-0.0308x）,得50時(shí)候的斜率為-25，電阻值為785，那么溫度系數(shù)做出曲線：/-1曲線 表3 曲線從圖中可以知道，B=3290