熱敏電阻溫度特性的研究帶實驗數(shù)據(jù)處理

本科實驗報告實驗名稱:熱敏電阻溫度特性的研究(略寫)實驗15熱敏電阻溫度特性的研究【實驗?zāi)康暮鸵蟆垦芯繜崦綦娮璧臏囟忍匦浴Ｓ米鲌D法和回歸法處理數(shù)據(jù)?！緦嶒炘怼?．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R與溫度t間的關(guān)系常用以下t經(jīng)驗公式表示：R=R。(1+at+bt2+ct3+)(1)式中R是溫度為t時的電阻，R為t=00C時的電阻，a,b,c為常系數(shù)。t0在很多情況下，可只取前三項：R=R(1+at+bt2)(2)因為常數(shù)b比a小很多，在不太大的溫度范圍內(nèi)，b可以略去，于是上式可近似寫成：

R=Ro（1⑶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Pt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(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Pt隨熱力學(xué)溫度T的關(guān)系為Pt=AoeB/丁4）式中Ao與B為常數(shù)，由材料的物理性質(zhì)決定。4）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，電阻率會急劇上升，稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻。其電阻率的溫度特性為：Pt=A'eBPT（5）式中A，、Bp為常數(shù)，由材料物理性質(zhì)決定。對（5）式兩邊取對數(shù)，得lnRt=B~+lnA6）丄6）可見lnRt與T成線性關(guān)系，若從實驗中測得若干個Rt和對應(yīng)的T值，通過作圖法可求出A（由截距l(xiāng)nA求出）和B（即斜率）。實驗原理圖■:.r二■1i-a圖1實驗原理圖

單臂電橋的基本原理用惠斯通電橋測量電阻時，電橋應(yīng)調(diào)節(jié)到平衡狀態(tài)，此時I=0。但有時被g測電阻阻值變化很快（如熱敏電阻），電橋很難調(diào)節(jié)到平衡狀態(tài)，此時用非平衡電橋測量較為方便。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，I工0，I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，gg則其阻值的變化量又與溫度改變量有關(guān)。這樣，就可以用I的大小來表征溫度g的高低，這就是利用非平衡電橋測量溫度的基本原理。下面我們用支路電流法求出I與熱敏電阻R的關(guān)系。橋路中電流計內(nèi)阻R,gTg橋臂電阻R、R、R和電源電動勢E均為已知量，電源內(nèi)阻忽略不計。234根據(jù)基爾霍夫第一定律，并注意附圖中的電流參考方向，A、B、D三個節(jié)點(diǎn)的電流方程如下：節(jié)點(diǎn)A：I=I+113節(jié)點(diǎn)B：I=I+112g節(jié)點(diǎn)D：I+1=I3g4回路I:IR+1R回路I:IR+1R-IR=01Tgg33回路II:IR-IR-IR=02244gg回路III:E=IR33+1R44圖2單臂電橋原理圖解以上6個聯(lián)立方程可得：7)(RR-RR)E7)23T4^-RRR+RRR+RRR+RRR+R(R+R)(R+R)T2323434T4T2gT234由上式可知，當(dāng)R2R=RTR4時，Ig=0，電橋處于平衡狀態(tài)。當(dāng)R2R3>RtR4時’Ig表示I的實際方向與參考方向相同；當(dāng)RR<RR時，I<0，表示I的實際方g23T4gg向與參考方向相反。將（7）式整理后求得熱敏電阻R:T

RRE-I(RRR+RRR+RRR)RtTOC\o"1-5"\h\z23g'234g23g24丿RtI(RR+RR+RR+RR+RR)+RE

g'233442g3g4，4從上式和（4）式可以看出，I與R以及R與T都是一一對應(yīng)的，也就是說I與gTTgT有著確定的關(guān)系。如果我們用微安表測量I,并將微安表刻度盤的電流分度值g改為溫度分度值，這樣的組合就可以用來測量溫度，稱為半導(dǎo)體溫度計。用熱敏電阻做溫度計的探頭，具有體積小，對溫度變化反應(yīng)靈敏和便于遙控等特點(diǎn)，在測溫技術(shù)、自動控制技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。圖3圖4圖3圖4圖5圖6【實驗儀器】靈敏檢流計、電阻箱、熱敏電阻、玻璃燒杯、小試管、溫度計、EH物理實驗儀、電熱水壺【實驗內(nèi)容】1．按實驗原理圖的實驗裝置接好電路，安裝儀器。2?在容器內(nèi)盛入水，開啟直流電源開關(guān)，先測出室溫時溫度T和NTC熱敏0電阻的阻值R;對水加熱，使水溫逐漸上升，測試的溫度從室溫開始,每增加5°C,0作一次量記為T和R,直到85C止。ii3?用作圖法求出溫度在室溫到85C范圍內(nèi)的材料系數(shù)B?！緦嶒灁?shù)據(jù)】T/CR/Q（升溫）TR/Q（降溫）T平均值R/QT2518451821183330156415591561.53512411325128340109011051097.545876907891.5507747967855569068468760602590596654925064997043843643775380375377.580330325327.585285288286.5表1實驗數(shù)據(jù)實驗分析及處理】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:R-t曲線得指數(shù)擬合曲線y=3786.9e'(-0.0308x),得50°C時候的斜率為-25,電阻值為785Q,那么溫度系數(shù)―i=意X(-25)=-0-0318做出ln{R}-丄曲線:從圖中可以知道InR=-3.52,R二0.02970，B=3290那么有a=-—=