非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数实验报告

时间:2024.3.23

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。

https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_1.jpg

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https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_2.jpg随温度https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_3.jpg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https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_4.jpg随热力学温度https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_5.jpg的关系为 https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_6.jpg…(5),式中https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_7.jpghttps://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_8.jpg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:https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_9.jpg…(6),式中https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_10.jpghttps://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_11.jpg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https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_12.jpg由下式表示:https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_13.jpg…(7),式中https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_14.jpg为热敏电阻两极间的距离,https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_15.jpg为热敏电阻横截面积。令https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_16.jpg,则有:https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_17.jpg…(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https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_18.jpg…(9),可见https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_19.jpghttps://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_20.jpg成线性关系,若从实验中测得若干个https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_21.jpg和对应的https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_22.jpg值,通过作图法可求出https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_23.jpg(由截距https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_24.jpg求出)和https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_25.jpg(即斜率)。

半导体材料的激活能https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_26.jpg,式中https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_27.jpg为玻耳兹曼常数(https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_28.jpgJ/K),将https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_29.jpghttps://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_30.jpg值代入可求出https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_31.jpg。根据电阻温度系数的定义:https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_32.jpg…   (10),将(8)式代入可求出热敏电阻的电阻温度系数:https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_33.jpg…    (11),对给定材料的热敏电阻,在测得https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_34.jpg值后,可求出该温度下的电阻温度系数。

五、 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https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_35.jpg为热敏电阻,https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_36.jpg为试验中给出的总阻值为1750Ω的滑动变阻器。将https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_37.jpg置于水浴锅中,注意不能接触水浴锅的壁和底。②调节https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_38.jpg为1000Ω,https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_39.jpg为100Ω,https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_40.jpg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90https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_41.jpg,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5https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_42.jpg测一次,得到热敏电阻的定标曲线t-Ig.

2、 利用已记录的Ig,把热敏电阻换成电阻箱,通过调节电阻箱的阻值,使数字万用表显示相应的Ig,从而测出对应的https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_43.jpg,得到https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_44.jpg-t曲线,并根据数据组(https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_45.jpg,T),对https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_46.jpg进行变量变换,变成表达式Y=A+BX形式,利用最小二乘法拟合得到具体热敏电阻的特性参数a、b。

3、 由求得的B,计算相应温度下的热敏电阻的温度系数。

六、 记录:

七、 数据处理:

https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_49.jpg

https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_50.jpg

https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_51.jpg → https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_52.jpg → https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_53.jpg

https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_54.jpghttps://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_55.jpg 得https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_56.jpg

由上表中的数据可计算出a=0.01746,b=3892.81

https://upload.fanwen118.com/wk-img/img100/3633331_57.jpg得到以上α值。


第二篇:非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数


非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数

班别:食营一班 学号:** 姓名:**

1.实验目的:

掌握非平衡电桥的工作原理;

了解金属导体的电阻随温度变化的规律;

了解热敏电阻的电阻值与温度的关系;

学习用非平衡电桥测定电阻温度系数的方法。

2.实验原理:

在电桥平衡时,桥路中的电流,桥臂电阻之间存在如下关系:

如果被测电阻的阻值发生改变而其他参数不变,将导致的函数。因此可通过的大小来反映的变化。这种电桥成为非平衡电桥。

热敏电阻是用半导体材料制成的非线性电阻,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而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,热敏电阻的阻值可表示为:

热敏电阻的电阻温度系数定义为:

3.实验步骤:

连接电路。将置于水浴锅中。调节大约处于的位置,打开直流稳压电源,调节电源电压为,数字万用表置于挡。从时开始测量。调节后,先将水浴锅设于“测温”,再打开水浴锅电源,马上记下此时温度显示值。将水浴锅设于“设定”,旋转“温度设定”至90℃,水浴锅开始对热敏电阻加热,记录10组不同温度下的,每隔5℃测一次,得热敏电阻定标曲线

利用已记录的,把热敏电阻换成电阻箱,通过调节电阻箱的阻值,使数字万用表显示相应的,从而测出对应的,得到曲线,并根据数据组,对进行变量变换,变成表达式形式,用最小二乘法拟合得到具体热敏电阻的特性参数。由求得的,计算相应温度下的热敏电阻的温度系数。

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