清华大学实验报告

系别：机械工程系          班号：72班          姓名：车德梦          （同组姓名：       ）

作实验日期   20##年 11月 5日                                         教师评定：

实验3.3 直流电桥测电阻

一、实验目的

（1）了解单电桥测电阻的原理，初步掌握直流单电桥的使用方法；

（2）单电桥测量铜丝的电阻温度系数，学习用作图法和直线拟合法处理数据；

（3）了解双电桥测量低电阻的原理，初步掌握双电桥的使用方法。

（4）数字温度计的组装方法及其原理。

二、实验原理

1. 惠斯通电桥测电阻

       惠斯通电桥（单电桥）是最常用的直流电桥，如图是它的电路原理图。

图中、和是已知阻值的标准电阻，它们和被测电阻连成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂。对角A和C之间接电源E；对角B和D之间接有检流计G，它像桥一样。若调节R使检流计中电流为零，桥两端的B点和D点点位相等，电桥达到平衡，这时可得

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大学物理课本实验——非平衡电桥的应用

实验报告

实验仪器

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实验名称：  直流非平衡电桥的应用

                         ——数字温度计的制作

姓 名              学 号            班 级           

桌 号               同组人                 

本实验指导教师               实验地点： 第一实验楼401、402、403室

实验日期  20 14年      月    日  时 段    

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一、 名称：非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数

二、 目的：

1、 掌握非平衡电桥的工作原理。

2、 了解金属导体的电阻随温度变化的规律。

3、 了解热敏电阻的电阻值与温度的关系。

4、 学习用非平衡电桥测定电阻温度系数的方法。

三、 仪器：

1、 热敏电阻。

2、 数字万用表。

3、 ZX-21型电阻箱。

4、 滑线变阻器。

5、 固定电阻器。

6、 水浴锅。

7、 温度计。

8、 直流稳压电源等。

四、 原理：

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，它的电阻率随温度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（简称“NTC”元件），其电阻率随热力学温度的关系为　…（5），式中与为常数，由材料的物理性质决定。

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（简称“PTC”元件）。其电阻率的温度特性为：…（6），式中、为常数，由材料物理性质决定。

在本实验中我们使用的是负温度系数的热敏电阻。对于截面均匀的“NTC”元件，阻值由下式表示：…（7），式中为热敏电阻两极间的距离，为热敏电阻横截面积。令，则有：…（8），上式说明负温度系数热敏电阻的阻值随温度升高按指数规律下降，如图2所示，可见其对温度的敏感程度比金属电阻等其它感温元件要高得多。由于具有上述性质，热敏电阻被广泛应用于精密测温和自动控温电路中。对（8）式两边取对数，得…（9），可见与成线性关系，若从实验中测得若干个和对应的值，通过作图法可求出(由截距求出)和(即斜率)。

半导体材料的激活能，式中为玻耳兹曼常数(J/K)，将与值代入可求出。根据电阻温度系数的定义：… 　 （10），将（8）式代入可求出热敏电阻的电阻温度系数：… 　　 （11），对给定材料的热敏电阻，在测得值后，可求出该温度下的电阻温度系数。

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大学物理实验预习报告

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大学物理实验报告

 实验5-2 非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数

一、实验目的

用非平衡电桥研究热敏电阻特性，并求出具体热敏电阻的特性参数和温度系数

二、实验器材

热敏电阻、数字万用表、ZX-21型电阻箱、滑线变阻器、固定电阻器、水浴锅、温度计、直流稳压电源等。

三、实验原理

    （1）在电桥平衡时，桥路中的电流Ig=0（如图），桥臂电阻之间存在如下关系：

R1/R2=Rx/R3

    如果被测电阻的阻值Rx发生改变而其他参数不变，将导致Ig≠0，Ig是Rx的函数.因此，可以通过Ig的大小来反映Rx的变化。这种电桥称为非平衡电桥，它在温度计、应变片、 固体压力计等的测量电路中有广泛应用.

    （2）热敏电阻是用半导体材料制成的非线性电阻，其特点是电阻对温度变化非常灵敏.与绝大多数金属电阻率随温度升高二缓慢增大的情况完全不同，半导体热敏电阻随温度升高，电阻率很快减少.在一定温度范围内，热敏电阻的阻值Rt可表示为：

Rt=aexp(b/T)

    式中T为热力学温度,a、b为常量，其值与材料性质有关.

    热敏电阻的电阻温度系数α定义为：

         ?? ?

四、实验步骤

    （1）热敏温度计定标：①如图连接线路（接线时不要打开电源），其中Rx为热敏电阻，R3为试验中给出的总阻值为1750Ω的滑动变阻器.将Rx置于水浴锅中，注意不能接触水浴锅的壁和底.②调节R1为1000Ω，R2为100Ω，R3大约处在1500Ω的位置，打开直流稳压电源，调节电源电压为2V，数字万用表置于2mA档(先不要打开水浴锅电源）。③从Ig=0时开始测量。调节Ig=0后，先将水浴锅设于“测温”，再打开水浴锅电源，马上记录下此时温度显示值t。④将水浴锅设于"设定",旋转"温度设定"旋钮至90℃ ,水浴锅开始对热敏电阻加热。记录10组不同温度t下的Ig,每隔5℃测一次,得到热敏电阻的定标曲线t-Ig。

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非平衡直流电桥

直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥(惠斯登电桥)、双臂直流电桥(开尔文电桥)。它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。

［实验目的］

1、直流单臂电桥(惠斯登电桥)测量电阻的基本原理和操作方法；

2、非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法；

［实验原理］

FQJ-Ⅲ型教学用非平衡直流电桥包括单臂直流电桥，双臂直流电桥，非平衡直流电桥，下面对它们的工作原理分别进行介绍。

(一)单臂电桥(惠斯登电桥)

单臂电桥是平衡电桥，其原理见图1，图2为FQJ-Ⅲ型的单臂电桥部分的接线示意图。

图1单桥的原理                          图2单桥测量电阻

图1中：

R₁、R₂、R₃、R₄构成一电桥，A、C两端供一恒定桥压U_s，B、D之间为有一检流计G，当平衡时，G无电流流过，BD两点为等电位，则：

U_BC=U_DC,I₁=I₄,I₂=I₃

下式成立：

I₁R₁=I₂R₂

I₃R₃=I₄R₄

由于R₄=R_x，于是有

R₄为待测电阻P_x，R₃为标准比较电阻，式中K=R₁/R₂，称为比率，一般惠斯登电桥的K有0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000等。本电桥的比率K可以任选。根据待测电阻大小，选择K后，只要调节R₃，使电桥平衡，检流计为0，就可以根据(1)式得到待测电阻R_x之值。

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