非平衡電橋測量熱敏電阻的溫度系數(shù)實驗報告

1、一、 名稱 :非平衡電橋測量熱敏電阻的溫度系數(shù)二、 目的 :1、掌握非平衡電橋的工作原理。2、了解金屬導體的電阻隨溫度變化的規(guī)律。3、了解熱敏電阻的電阻值與溫度的關(guān)系。4、學習用非平衡電橋測定電阻溫度系數(shù)的方法。三、 儀器:1、熱敏電阻。2、數(shù)字萬用表。3、ZX-21 型電阻箱。4、滑線變阻器。5、固定電阻器。6、水浴鍋。7、溫度計。8、直流穩(wěn)壓電源等。四、 原理:熱敏電阻由半導體材料制成 ,是一種敏感元件。其特點是在一定的溫度范圍內(nèi) , 它的電阻率 T 隨溫度 T 的變化而顯著地變化 ,因而能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化。一般半導體熱敏電阻隨溫度升高電阻率下降 ,稱為負溫度系數(shù)熱敏電阻(

2、簡稱 “ NTC ”元件 ,其電阻率 T 隨熱力學溫度 T 的關(guān)系為 T B T e A /0= 式(5,中 0A 與 B 為常數(shù) ,由材料的物理性質(zhì)決定。也有些半導體熱敏電阻 ,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 (居里點時 ,電阻率會急劇上升 ,稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻 (簡稱 “PTC ”件。其電阻率的溫度特性為元:TB T eA ? '= 式(6,中 A ' 、B 為常數(shù) ,由材料物理性質(zhì)決定。在本實驗中我們使用的是負溫度系數(shù)的熱敏電阻。對于截面均勻的“NTC ”元件,阻值 TR由下式表示:TBTT e SlA S l

3、R /0= (7,式中 l 為熱敏電阻兩極間的距離,S 為熱敏電阻橫截面積。令SlA A 0=,則有 : T B T Ae R /= 上(8,式說明負溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度升高按指數(shù)規(guī)律下降 ,如圖 2 所示 ,可見其對溫度的敏感程度比金屬電阻等其它感溫元件要高得多。由于具有上述性質(zhì) ,熱敏電阻被廣泛應(yīng)用于精密測溫和自動控溫電路中。對 (8 式兩邊取對數(shù) ,得A T BR T ln 1ln += 可(9,見 T R ln 與 T1 成線性關(guān)系 ,若從實驗中測得若干個T R 和對應(yīng)的 T 值,通過作圖法可求出A ( 由截距 A ln 求出和 B (即斜率。半導體材料的激活能Bk E =,式

4、中 k 為玻耳茲曼常數(shù) (231038.1-? =k J/K, 將 B 與k 值代入可求出 E 。根據(jù)電阻溫度系數(shù)的定義: dTdR R dT d TTTT11= (10,將(8 式代入可求出熱敏電阻的電阻溫度系數(shù):2TB -= (11,對給定材料的熱敏電阻 ,在測得 B 值后 ,可求出該溫度下的電阻溫度系數(shù)。五、 步驟:1、 熱敏溫度計定標 :如圖連接線路 (接線時不要打開電源 ,其中 x R 為熱敏電阻 ,3R 為試驗中給出的總阻值為 1750的滑動變阻器。將 x R 置于水浴鍋中 ,注意不能接觸水浴鍋的壁和底。調(diào)節(jié) 1R 為 1000,2R 為 100,3R大約處在 1500的位置 ,打

5、開直流穩(wěn)壓電源 ,調(diào)節(jié)電源電壓為 2V ,數(shù)字萬用表置于 2mA 檔 (先不要打開水浴鍋電源。從 Ig=0 時開始測量。調(diào)節(jié) Ig=0 后,先將水浴鍋設(shè)于 “測溫 ”,再打開水浴鍋電源 ,馬上記錄下此時溫度顯示值 t 。將水浴鍋設(shè)于 "設(shè)定 ",旋轉(zhuǎn) "溫度設(shè)定 "旋鈕至 90C 。,水浴鍋開始對熱敏電阻加熱.記錄 10 組不同溫度 t 下的 Ig, 每隔 5C 。測一次 ,得到熱敏電阻的定標曲線 t-Ig. 2、 利用已記錄的 Ig,把熱敏電阻換成電阻箱 ,通過調(diào)節(jié)電阻箱的阻值 ,使數(shù)字萬用表顯示相應(yīng)的 Ig,從而測出對應(yīng)的 t R ,得到 t R -t 曲線 ,并根據(jù)數(shù)據(jù)組 (t R ,T,對 exp(/t R a b T =進行變量變換 ,變成表達式Y(jié)=A+BX 形式 ,利用最小二乘法擬合得到具體熱敏電阻的特性參數(shù)a 、b 。3、 由求得的 B ,計算相應(yīng)溫度下的熱敏電阻的溫度系數(shù)。六、 記錄:七、 數(shù)據(jù)處理 :exp(/t R a b T = b Tt R a = l n l nt b R a T=+ 令