大学物理实验报告模板范本

大学物理实验报告模板范本大学物理实验报告模板范本 大学物理实验报告 热敏电阻 热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻 具有许多独特的优点和用途 在自动控制 无线电子技术 遥 控技术及测温技术等方面有着广泛的应用 本实验通过用电桥 法来研究热敏电阻的电阻温度特性 加深对热敏电阻的电阻温 度特性的了解 关键词 热敏电阻 非平衡直流电桥 电阻温度特性 1 引言 热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖 关系而制成的一种器件 其电阻温度系数一般为 0 003 0 6 1 因此 热敏电阻一般可以分为 负电阻温度系数 简称 ntc 的热敏电阻元件 常由一些过渡金属氧化物 主要用铜 镍 钴 镉等氧化物 在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制 成的 近年还有单晶半导体等材料制成 国产的主要是指 mf91 mf96 型半导体热敏电阻 由于组成这类热敏电阻的上述 过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离 即载流子浓度 基本上与温度无关 因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主 要考虑迁移率与温度的关系 随着温度的升高 迁移率增加 电阻率下降 大多应用于测温控温技术 还可以制成流量计 功率计等 正电阻温度系数 简称 ptc 的热敏电阻元件 常用钛酸钡材料添加微量的钛 钡等或稀土元素采用陶瓷 工艺 高温烧制而成 这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要 依赖于载流子浓度 而迁移率随温度的变化相对可以忽略 载 流子数目随温度的升高呈指数增加 载流子数目越多 电阻率 越小 应用广泛 除测温 控温 在电子线路中作温度补偿外 还制成各类加热器 如电吹风等 2 实验装置及原理 实验装置 fqj 型教学用非平衡直流电桥 fqj 非平衡电桥加热实 验装置 加热炉内置 mf51 型半导体热敏电阻 2 7k 以及控温用 的温度传感器 连接线若干 实验原理 根据半导体理论 一般半导体材料的电阻率 和绝对温度 之间的关系为式中 a 与 b 对于同一种半导体材料为常量 其数 值与材料的物理性质有关 因而热敏电阻的电阻值 可以根据电 阻定律写为式中 为两电极间距离 为热敏电阻的横截面 对某一特定电阻而言 与 b 均为常数 用实验方法可以测 定 为了便于数据处理 将上式两边取对数 则有上式表明 与 呈线 在实验中只要测得各个温度 以及对应的电阻 的值 以 为横坐标 为纵坐标作图 则得到的图线应为直线 可用图解 法 计算法或最小二乘法求出参数 a b 的值 热敏电阻的电 阻温度系数 下式给出 从上述方法求得的 b 值和室温代入式 1 4 就可以算出室 温时的电阻温度系数 热敏电阻 在不同温度时的电阻值 可由非平衡直流电桥测 得 非平衡直流电桥原理图如右图所示 b d 之间为一负载电 阻 只要测出 就可以得到 值 当负载电阻 即电桥输出处于开路状态时 0 仅有 电压输出 用 表示 当 时 电桥输出 0 即电桥处于平衡状 态 为了测量的准确性 在测量之前 电桥必须预调平衡 这 样可使输出电压只与某一臂的电阻变化有关 若 r1 r2 r3 固定 r4 为待测电阻 r4 rx 则当 r4 r4 r 时 因电桥不平衡而产生的电压输出为 1 5 在测量 mf51 型热敏电阻时 非平衡直流电桥所采用的是 立式电桥 且 则 1 6 式中 r 和 均为预调平衡后的电阻值 测得电压输出后 通 过式 1 6 运算可得 r 从而求的 r4 r 3 热敏电阻的电阻温度特性研究 根据表一中 mf51 型半导体热敏电阻 2 7k 之电阻 温度特 性研究桥式电路 并设计各臂电阻 r 和 的值 以确保电压输出 不会溢出 本实验 1000 0 4323 0 根据桥式 预调平衡 将 功能转换 开关旋至 电压 位置 按下 g b 开关 打开实验加热装置升温 每隔 2 测 1 个值 并将测量数据列表 表二 mf51 型半导体热敏电阻 2 7k 之电阻 温度特性 温度 25 30 35 40 45 50 55 60 65 电阻 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748 非平衡电桥电压输出形式 立式 测量 mf51 型热敏电阻的数 据 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 温度 t 10 4 12 4 14 4 16 4 18 4 20 4 22 4 24 4 26 4 28 4 热力学 t k 283 4 285 4 287 4 289 4 291 4 293 4 295 4 297 4 299 4 301 4 0 0 12 5 27 0 42 5 58 4 74 8 91 6 107 8 126 4 144 4 0 0 259 2 529 9 789 1027 2 124 8 1451 9 1630 1 1815 4 1977 9 4323 0 4063 8 3793 1 3534 0 3295 8 3074 9 2871 1 2692 9 2507 6 2345 1 根据表二所得的数据作出 图 如右图所示 运用最小 二乘法计算所得的线性方程为 即 mf51 型半导体热敏电阻 2 7k 的电阻 温度特性的数学表达式为 4 实验结果误差 通过实验所得的 mf51 型半导体热敏电阻的电阻 温度特 性的数学表达式为 根据所得表达式计算出热敏电阻的电阻 温度特性的测量值 与表一所给出的参考值有较好的一致性 如下表所示 表三 实验结果比较 温度 25 30 35 40 45 50 55 60 65 参考值 rt 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748 测量值 rt 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823 相对误差 0 74 0 58 1 60 0 89 4 99 6 20 7 40 8 18 10 00 从上述结果来看 基本在实验误差范围之内 但我们可以 清楚的发现 随着温度的升高 电阻值变小 但是相对误差却 在变大 这主要是由内热效应而引起的 5 内热效应的影响 在实验过程中 由于利用非平衡电桥测量热敏电阻时总有 一定的工作电流通过 热敏电阻的电阻值大 体积小 热容量 小 因此焦耳热将迅速使热敏电阻产生稳定的高于外界温度的 附加内热温升 这就是所谓的内热效应 在准确测量热敏电阻 的温度特性时 必须考虑内热效应的影响 本实验不作进一步 的研究和探讨 6 实验小结 通过实验 我们很明显的可以发现热敏电阻的阻值对温度 的变化是非常敏感的 而且随着温度上升