热敏电阻温度特性的研究带实验数据处理

本科实验报告实验名称:热敏电阻温度特性的研究(略写)实验15热敏电阻温度特性的研究【实验目的和要求】研究热敏电阻的温度特性。用作图法和回归法处理数据。【实验原理】1．金属导体电阻金属导体的电阻随温度的升高而增加，电阻值R与温度t间的关系常用以下t经验公式表示：R=R。(1+at+bt2+ct3+)(1)式中R是温度为t时的电阻，R为t=00C时的电阻，a,b,c为常系数。t0在很多情况下，可只取前三项：R=R(1+at+bt2)(2)因为常数b比a小很多，在不太大的温度范围内，b可以略去，于是上式可近似写成：

R=Ro（1⑶式中«称为该金属电阻的温度系数。2．半导体热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成，是一种敏感元件。其特点是在一定的温度范围内，它的电阻率Pt随温度T的变化而显著地变化，因而能直接将温度的变化转换为电量的变化。一般半导体热敏电阻随温度升高电阻率下降，称为负温度系数热敏电阻，其电阻率Pt随热力学温度T的关系为Pt=AoeB/丁4）式中Ao与B为常数，由材料的物理性质决定。4）也有些半导体热敏电阻，例如钛酸钡掺入微量稀土元素，采用陶瓷制造工艺烧结而成的热敏电阻在温度升高到某特定范围（居里点）时，电阻率会急剧上升，称为正温度系数热敏电阻。其电阻率的温度特性为：Pt=A'eBPT（5）式中A，、Bp为常数，由材料物理性质决定。对（5）式两边取对数，得lnRt=B~+lnA6）丄6）可见lnRt与T成线性关系，若从实验中测得若干个Rt和对应的T值，通过作图法可求出A（由截距lnA求出）和B（即斜率）。实验原理图■:.r二■1i-a图1实验原理图

单臂电桥的基本原理用惠斯通电桥测量电阻时，电桥应调节到平衡状态，此时I=0。但有时被g测电阻阻值变化很快（如热敏电阻），电桥很难调节到平衡状态，此时用非平衡电桥测量较为方便。非平衡电桥是指工作于不平衡状态下的电桥，（如图二所示）。我们知道，当电桥处于平衡状态时G中无电流通过。如果有一桥臂的阻值发生变化，则电桥失去平衡，I工0，I的大小与该桥臂阻值的变化量有关。如果该电阻为热敏电阻，gg则其阻值的变化量又与温度改变量有关。这样，就可以用I的大小来表征温度g的高低，这就是利用非平衡电桥测量温度的基本原理。下面我们用支路电流法求出I与热敏电阻R的关系。桥路中电流计内阻R,gTg桥臂电阻R、R、R和电源电动势E均为已知量，电源内阻忽略不计。234根据基尔霍夫第一定律，并注意附图中的电流参考方向，A、B、D三个节点的电流方程如下：节点A：I=I+113节点B：I=I+112g节点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图2单臂电桥原理图解以上6个联立方程可得：7)(RR-RR)E7)23T4^-RRR+RRR+RRR+RRR+R(R+R)(R+R)T2323434T4T2gT234由上式可知，当R2R=RTR4时，Ig=0，电桥处于平衡状态。当R2R3>RtR4时’Ig表示I的实际方向与参考方向相同；当RR<RR时，I<0，表示I的实际方g23T4gg向与参考方向相反。将（7）式整理后求得热敏电阻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从上式和（4）式可以看出，I与R以及R与T都是一一对应的，也就是说I与gTTgT有着确定的关系。如果我们用微安表测量I,并将微安表刻度盘的电流分度值g改为温度分度值，这样的组合就可以用来测量温度，称为半导体温度计。用热敏电阻做温度计的探头，具有体积小，对温度变化反应灵敏和便于遥控等特点，在测温技术、自动控制技术等领域有着广泛的应用。图3图4图3图4图5图6【实验仪器】灵敏检流计、电阻箱、热敏电阻、玻璃烧杯、小试管、温度计、EH物理实验仪、电热水壶【实验内容】1．按实验原理图的实验装置接好电路，安装仪器。2・在容器内盛入水，开启直流电源开关，先测出室温时温度T和NTC热敏0电阻的阻值R;对水加热，使水温逐渐上升，测试的温度从室温开始,每增加5°C,0作一次量记为T和R,直到85C止。ii3・用作图法求出温度在室温到85C范围内的材料系数B。【实验数据】T/CR/Q（升温）TR/Q（降温）T平均值R/QT2518451821183330156415591561.53512411325128340109011051097.545876907891.5507747967855569068468760602590596654925064997043843643775380375377.580330325327.585285288286.5表1实验数据实验分析及处理】绘制标定曲线，分析标定特性R-t曲线作出R-t曲线如下:R-t曲线得指数拟合曲线y=3786.9e'(-0.0308x),得50°C时候的斜率为-25,电阻值为785Q,那么温度系数―i=意X(-25)=-0-0318做出ln{R}-丄曲线:从图中可以知道InR=-3.52,R二0.02970，B=3290那么有a=-—=