实验目的

    1、巩固平衡电桥测量电阻的方法。

    2、学会利用非平衡电桥测量电阻。

    3、测量热敏电阻的温度特性。

    4、制作热敏电阻温度计，测量温度。

    实验原理

热敏电阻R_t是一种阻值随温度的改变发生显著变化的敏感元件。在工作温度范围内，阻值随温度升高而增加的称为正温度系数（PTC）的热敏电阻，反之称为负温度系数（NTC）的热敏电阻。

1、热敏电阻的温度特性

    热敏电阻的电阻率与温度的关系类似于纯半导体，可表示为，式中为T→∞时的电阻率，设，改写上式可得到热敏电阻的电阻温度关系：

，                            (5-19-1)

式中R_T2是温度为T₂(K)时的热敏电阻阻值，R_T1是温度为T₁(K)时的热敏电阻阻值，B为热敏电阻的材料常数。热敏电阻的材料常数B是由热敏电阻的组成成分和热处理方法所决定的，它是每一个热敏电阻固有的特性。由于热敏电阻的阻值与温度成非线性关系，定义其电阻温度系数为

                                  (5-19-2)

的意义是温度变化1℃时热敏电阻阻值的相对变化率。对于一定材料的热敏电阻，仅是温度的函数。通过B或可以判断一个热敏电阻是正温度系数型（PTC），还是负温度系数型（NTC）。

2、非平衡电桥原理及应用

在图5－82所示的电桥中，当电桥达到平衡时，I_g=0, ，且电流I_g不受电桥端电压VAC的影响。当电桥不平衡时，I_g与电桥的四个臂的阻值，电流计内阻R_g及电桥端电压VAC均有关。对于一个固定的电流计，R_g为定值。如果再固定R₁、R₂、R₃，则I_g只与R₄和VAC有关，可记为

I_g＝f(V_AC，R₄)

用热敏电阻R_t代替R₄，对于某一温度，R_t为定值R₀，于是I_g只与端电压VAC有关，即

I_g＝f(V_AC)

可以调节VAC使电流计上流过的电流I_g达到指定数值I_m（例如满度值），调好后固定VAC。

    当温度再改变时，I_g只与R_t或温度t有关，即I_g＝g(R_t)＝S(t)。若事先测得该状态下的I_g－t曲线，或把表头刻上对应温度，即可用它来测量温度。这就是热敏电阻的非平衡电桥测温度原理，I_g－t关系曲线见图5－83。

图5－82中R3用来确定测量下限温度时调节电桥平衡，使电桥在测量下限温度t₀下平衡，此时I_g＝0，且I_g与VAC无关。滑线变阻器用来改变VAC，通过它可以调节在测量上限温度时需要的电流I_g，当热敏电阻R_t置于上限温度时，调节滑线变阻器，使电流恰好满度，即可确定热敏电阻温度计的测量上限温度。

R₄可用来测量热敏电阻R_t处于上限温度时的电阻值R_t上。在R_t置于上限温度时，调好VAC后，将K2拨向1，调R₄使uA表再满度。根据替代法原理，有R₄等于R_t在上限温度下的阻值，即R₄＝R_t上。这就是非平衡电桥测量电阻的原理和方法。

在测温时，可随时把K2打向1，使R₄＝R_t上，看uA表是否恰为满度，从而检查VAC是否发生了变化。若uA表不恰好满度，说明VAC已变，只要调节VAC使uA表恢复满度，即可保证VAC恢复原值。

实验器材

稳压电源、微安表、电阻箱、滑线变阻器、热敏电阻、保温杯、温度计、单刀双掷开关、导线等。

实验内容

1、按图5－82接线， R₁、R₂为1k的固定电阻，R₃、R₄为电阻箱。将K2拨向2，用平衡电桥原理，测出室温下的R_t值和室温，测三次取平均。

2、置R_t于0℃冰水中，用平衡电桥原理，测出R_t在0℃时的阻值。

3、测量热敏电阻温温度特性，制作热敏电阻温度计，测量温度下限为0℃，上限为50℃。

（1）将R_t置于0℃的冰水混合物中，调节R₃，使I_g=0，确定热敏电阻温度计的测量下限温度。

（2）固定R₃为0℃时阻值不变，置R_t于50℃的水中，利用滑线变阻器调节VAC，使I_g指到uA表的满度，确定热敏电阻温度计的测量上限温度。再将K2拨向1，调R₄使uA表再满度。此时R₄等于50℃时的热敏电阻阻值。记下此时的R₄值。

（3）重新将K2拨向2，使水温从50℃开始下降，水温下降过程中，每下降5℃读一次I_g值，同时用替代法测量此时R_t值，一直读到5℃为止，列表记录数据。

4、在直角坐标纸上作R_t－关系曲线，根据热敏电阻0℃和50℃时的阻值，计算其材料常数B和室温下的电阻温度系数，分析热敏电阻温度特性，判断是PTC型还是NTC型。

5、用自制温度计测量某一温度值，置R₂于50℃以下某一温度的热水中，记下I_g值和水温。在直角坐标纸上作I_g－关系曲线，根据某一温度下测出的uA表读数I_g，在I_g－关系曲线图上找到相应的温度t^`，即自制温度计的测量值，计算相对误差。

实验数据

（1）   室温下的值和室温数据记录

（2）0℃　　　。

（3）温度、电流、阻值关系列表　

（4）检验＝23.0℃　　

数据处理

　1、室温下的值和室温

2、温度为0℃时

3、根据温度、电流、阻值关系列表可得和　

                         

4、由得

由此可知该材料是负温度系数型（NTC）

5、检验　　

从上找到相应的温度

检验结果表明实验很成功。

第二篇：非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数

整理数据得：

公式：=     则由图（2）可得，a=0.0184，b=3906.3

公式：=     令ln=ln（）,得ln=lna+ 

令Y=ln,X=  则有Y=A+BX=lna+bX

由图（3）可以知道  b=3906.3，lna=－3.9931，即a=0.0184，与图（2）所得的数据相同，且在检验数据A、B组中，有：

①当=0.00303时，ln==lna+=－3.9931+3906.3*0.00303=7.84，与实验测量并计算得出的数据7.83相差0.01左右；

②当=0.00281时，ln==lna+=－3.9931+3906.3*0.00281=6.98，与实验测量并计算得出的数据6.97相差0.01左右；

综上所述，该次实验测量得出的数据与实际的数据相近。

注：b=3906.3

所得图象为：

由上图可以得出，随着的增大而减小，即当T增大时，减小。