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一、实验名称

非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数

二、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

三、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。

四、实验原理

    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：

    如果被测电阻的阻值发生改变而其他参数不变，将导致Ig0，Ig是的函数。因此，可以通过Ig的大小来反映的变化。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。

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，热敏电阻的阻值可表示为：

    式中T为热力学温度，为常量，其值与材料性质有关。

热敏电阻的电阻温度系数定义为：

五、实验数据

六、实验步骤

热敏温度计定标：①如图连接线路（接线时不要打开电源），其中为热敏电阻，为试验中给出的总阻值为1750Ω的滑动变阻器。将置于水浴锅中，注意不能接触水浴锅的壁和底。②调节为1000Ω，为100Ω,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.

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,得到-t曲线,并根据数据组(,T),对进行变量变换,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。

由求得的B，计算相应温度下的热敏电阻的温度系数。

第二篇：用非平衡电桥测量电阻温度系数

用非平衡电桥测量电阻温度系数

实验目的

1、掌握非平衡电桥的工作原理以及与平衡电桥的异同

2、掌握利用非平衡电桥的输出电压来测量变化电阻的原理和方法

3、了解铜电阻和热敏电阻温度系数的差异，掌握非平衡电桥测量温度的方法。

实验原理

非平衡电桥的原理图如图图1所示。

 

                              图 1

非平衡电桥在构成形式上与平衡电桥相似，但测量方法上有很大差别。平衡电桥是调节R₃使I₀=0，从而得到 ，非平衡电桥则是使R₁、R₂、R₃保持不变，R_X变化时则U₀变化。再根据U₀与R_X的函数关系，通过检测U₀的变化从而测得R_X。由于可以检测连续变化的U₀，所以可以检测连续变化的R_X，进而检测连续变化的非电量。

（一）非平衡电桥的桥路形式

    1、等臂电桥

    电桥的四个桥臂阻值相等，即R₁=R₂=R₃=R_X0；其中R_X0是R_X的初始值，这时电桥处于平衡状态，U₀=0。

    2、卧式电桥也称输出对称电桥

    这时电桥的桥臂电阻对称于输出端，即R₁= R₃，R₂= R_X0，但R₁≠R₂

3、立式电桥也称电源对称电桥

    这时从电桥的电源端看桥臂电阻对称相等即

        R₁=R₂    R_X0=R₃    但R₁≠R₃

4、比例电桥

  这时桥臂电阻成一定的比例关系，即R₁=KR₂，R₃=KR_X0或R₁=K R₃，R₂=K R_X0，K为比例系数。实际上这是一般形式的非平衡电桥。

（二）非平衡电桥的输出

电压输出的情况下R_L→∞，所以有

                                                       (1)                           

令Rx=R_X0+ΔR，Rx为被测电阻，ΔR为电阻变化量，R_X0为其初始值，此时电桥平衡，有那么 

 

(2)

上式就是作为一般形式非平衡电桥的输出与被测电阻的函数关系。

特殊地，对于等臂电桥和卧式电桥，R₂= R_X0 (2)式简化为

(3)

                                                                                                    

被测电阻的ΔR<< R_X0时，(3)式可简化为

                                                     (4)

这时U₀与△R成线性关系

（三）铜电阻和热敏电阻随温度变化关系

1、铜电阻

一般来说，金属的电阻随温度的变化，可用下式描述：

           Rx=R_X0（1+αt+βt²）                    (5)

如铜电阻传感器R_X0=50Ω （t=0℃时的电阻值）

          α=4.289 ×10^-3  /℃

β=-2.133×10^-7 /℃  

一般分析时，在温度不是很高的情况下，忽略温度二次项βt²，可将金属的电阻值随温度变化视为线性变化。

2、热敏电阻

热敏电阻的电阻温度特性可以用下述指数函数来描述：

                              (6)

式中A是与材料性质的电阻器几何形状有关的常数。B为与材料半导体性质有关的常数，T为绝对温度。

当T=T₁时有：lnR_T1= lnA+B/T₁；

当T=T₂时有：lnR_T2= lnA+B/T₂

                                                                                   (7)

                       (8)

实验内容及步骤

1、首先将电调连接成单臂单桥，连接方法如图2所示。将1、2、3端钮用短导线连接， 8、9两端钮也用短导线连接。被测电阻Rx接至7、8两接线端钮。首先将DHW-1型温度传感实验装置的热敏电阻端接到单电桥测量。

 

图2 单桥的连接方法

    注意，在本电桥上，R₁、R₂的选择可以是10Ω～11.11KΩ的任意值，倍率也可由自己任意选择，习惯上为方便操作及计算，R₁、R₂常选10Ω、100Ω、1KΩ、10KΩ等值。

2、先后按下G、B按钮，调节R₃电阻，直至数显表头指示为零，这时表示电桥已经平衡，如果灵敏度太低，可将工作电源由3V加到6V或9V。

3、被测电阻值：

调节控温仪，使热敏电阻升温。每隔一定温度，测出，并记下相应的温度t于表1。

4、根据表1测得的数据，绘制曲线，并求得A=   和B=    ，注意这里的T=（273+t）K

5、打开风扇降温，选择一个起始温度，将DHW-1型温度传感实验装置的铜电阻端接到单电桥测量。

6、调节控温仪，使铜电阻升温，根据数字温控表的显示温度，读取相应的电桥输出U₀。

 

7、根据电桥的测量结果作R_X―t曲线，试与前一曲线比较，观测用两种方法来测量温度的区别。

数据处理

表 1 热敏电阻随温度的变化关系

表 2 铜电阻随温度的变化关系

注意事项

1、电桥使用时，避免将R₁、R₂，R₃同时调到零值附近测量，这样可能会出现较大的工作电流，测量精度也会下降。

2、选择不同的桥路测量时，应注意选择合适的工作电源。

3、仪器使用完毕后，务必关闭电源。

思考题

1、非平衡电桥与平衡电桥有何异同？

2、热敏电阻的U₀与T的关系是非线性的，显示和使用不是很方便，实际使用中需要对热敏电阻进行线性化，试提出一种线性化的方法。