「物理实验报告热敏电阻温度计的设计安装和使用」.doc

热敏电阻温度计的设计安装和使用XXX（XXX大学XX学院 XX XX 114044）摘要：用半导体热敏电阻作为传感器，设计制作一台测温度范围在20-70的半导体温度计，利用“非平衡电桥”的电路原理来实现对温度的测量，并依据实验数据画出了tIg的定标曲线。关键词：NTC热敏电阻；非平衡电桥；温度计；定标曲线中图分类号：0447 文献标识码： A 文章编号：引言 热敏电阻是一种敏感元件，其特点是电阻随温度的变化而显著变化，因而能直接将温度的变化转换为电量的变化，也就是说能将温度信号转化为电信号，从而实现了非电量的测量。热敏电阻一般是用半导体材料制成的，温度系数范围约为：（-0.003 +0.6）/。热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成PTC热敏电阻和NTC热敏电阻两类。NTC热敏电阻是以锰、钴、镍、铜和铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制成。这些金属氧化物都具有半导体性质。近年来还有用单晶半导体如碳化硅等材料制成的（国产型号 MF91MF96）负温度系数热敏电阻器。NTC热敏电阻作为温度传感器具有体积小，结构简单，灵敏度高，并且本身阻值大，一般在1010之间，不需考虑引线长度带来的误差，易于实现远距离测量和控制。NTC热敏电阻的测温范围较宽，特别适用于 -100300之间的温度测量。NTC热敏电阻在工作范围内，其组织随温度增加而显著减小，大多用于测温和控温，可以制成流量计和功率计等。它在自动化、无线技术、测温计术等方面都有广泛应用。1.实验原理1.1负温度系数热敏电阻的温度特性统计理论指出，热敏电阻的电阻值与温度的关系为：Rt=Aexp，其中A、B半导体材料有关的常数（理论分析和实验结果表明，B值随温度略有变化，但在一般工作温度范围内近似为常数；B值越大，阻值随温度的变化越大）：T热力学温度，t表示摄氏温度，且T=273.15+t；Rt在摄氏温度为t时的电阻值。随温度上升，器电阻值呈指数关系下降（如图1）。图1负温度系数热敏电阻的温度特性 图2非平衡电桥图3热敏电阻温度计的实验电路图1.2非平衡电桥电桥是一种用比较法进行测量的仪器。所谓平衡电桥，是指在测量过程中电桥是不平衡的，桥路上的电流不为零，桥路上的电流大小与电源电压，桥臂的电阻有关。利用非平衡电桥进行测量时，应具体选定，除待测电阻外其他电阻的阻值以及电源电压，这样待测电阻Rt与桥路上的电流Ig就有唯一的对应关系，确定RtIg关系的过程，即为非平衡电桥的定标。如图3所示的温度计的实验电路与图2所示的原理图相比有三点不同：（1） 增加一个二极管LED，作为电源指示灯，它的工作电压为1.3V；（2） 检流计G换成微安表头（因为检流计只能作为平衡指示器，不能提供读数；（3） 在bd支路中增加一个“校准”支路，当S2扳至“校”时，温度计处于“校准”状态，当S2扳至“测”时，温度计处于“测量”状态。S2是该仪表的状态选择开关。将电路中各元件按图3安装好后，就可以进行温度测量了。也就是在刻度盘上直接按温度来标定。但微安表指示值是电流值而不是温度值。怎样才能通过微安表的偏转来读出相应的温度值呢？通过定标实验来描绘出一条定标曲线（如图4），有了定标曲线，就可以找到与任一电流值Igi相对应的温度值ti，这样可以在刻度盘上直接按温度来定标。这样指针的偏转既能现实电流值，又能显示温度值。由于一定的温度对应一定的Ig（t），因而可能将微安表改装成温度表，由于Ig随温度t的变化时非线性的，所以改装的温度表刻度是非均匀的。实验中应注意合理选取电路参数。2实验仪器热敏电阻温度计实验仪 NTC热敏电阻 温度计 万用表 旋转式电阻箱3实验过程方法1. 计算R1=R2=-；2. 用万用表量实验仪器上的R1、R2，使R1=R2=（上述计算值）K；3. 按（图3）接线；4. 电源程序开关打开，表上有指示值，接上电阻箱（用电阻箱取代Rt）（1） 开关倒向测量端，使Rt=Rt1，如果A表指零，调R3使A表指零，此时R3=Rt1；（2） 使Rt=Rt2，如果A表不满偏，调分压器R，是A表满偏，此时Ucd达到设定值（1.3V）；（3） 在以上以调定的状态下，开关倒向校准端，调R4使A表满偏，此时R4=Rt2。取下电阻箱，插上热敏电阻进行测量，记录数据。（4） 由于温度的变化时Rt发生变化，随之在桥上产生不平衡的电流；（5） 用实际热敏电阻代替电阻箱，整个部分就是经过定标的半导体温度计；（6） 选取Ucd=1.3V，它可以保证热敏电阻工作在它的伏安特性曲线的直线部分。（依据实验数据绘制定标曲线）4实验数据的记录 表1 实验定标数据 t/25303540455055606570 n/格2.55.58.511.014.518.019.022.524.025.0 Ig/A5.011.017.022.029.036.038.045.048.050.05实验数据的处理此实验台号的基本数据如下：Rg=2.36K、Rt1=4.121K、Rt2=0.876K、Ig=50A、Ucd=1.3V。由式R1=R2=-，得R1=R2=10.72K6实验结果依据表1的数据，绘制定标曲线7小结微安计中的电流大小直接反映了热敏电阻的阻值大小，因此可以利用这种非平衡电桥的电路原理来实现对温度的测量；依据桥路电流Ig与温度T的关系，从理论上推导得到此函数是有一定下凸性的非线性单调增曲线，并依据实验数据画出了t-Ig的定标曲线。参考文献：1李学慧，大学物理实验M,北京；高等教育出版社，2005,6（1）：365371.2丁慎训，张连芳，物理实验教程M，第二版，北京；清