《实验15、45 热敏电阻温度特性曲线的研究及将微安表改装成温度表》
实验报告
一、实验目的及要求
1. 了解半导体和金属的导电机理和两者之间阻温特性的不同。
2. 设计测量温度范围为0°C—100°C的温度计。
3. 了解热敏电阻的特性，掌握用热敏电阻测量温度的原理和基本方法。
4. 熟悉非平衡电桥的输出特性。
5. 熟悉实验常用仪器的使用。
二、实验描述
电阻是一种反映物质材料特征的重要物理量，在相关仪器制造过程中都应充分考虑。与一般导体不同，热敏电阻的阻值随着温度的升高而降低，这也就决定了它的重要用途。因而对它的相关性质进行研究也就显得十分重要了。
三、实验器材
2
多盘十进制电阻箱三个（0.1Ω~99999.9Ω），开关一个，导线若干，微安表（0~10μA）一个，热敏电阻一个，温度计一只，1.5V干电池（四块）等。
四、实验原理
热敏电阻是由对温度非常敏感的半导体陶瓷质工作体构成的元件。与一般常用的金属电阻相比，它有大得多的电阻温度系数值。热敏电阻作为温度传感器具有用料省、成本低、体积小等优点，可以简便灵敏地测量微小温度的变化，在很多科学研究领域都有广泛的应用。本实验的目的是了解热敏电阻的电阻—温度特性及测温原理，学习惠斯通电桥的原理及使用方法，学习坐标变换、曲线改直的技巧。
1.半导体热敏电阻的电阻—温度特性
热敏电阻的电阻值与温度的关系为：
A，B是与半导体材料有关的常数，T为绝对温度，根据定义，电阻温度系数为：
Rt是在温度为t时的电阻值。
2.惠斯通电桥的工作原理
如图1所示：
图1
四个电阻R0，R1，R2，Rx组成一个四边形，即电桥的四个臂，其中Rx就是待测电阻。在四边形的一对对角A和C之间连接电源，而在另一对对角B和D之间接入检流计G。当B和D两点电位相等时，G中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必有Rx = (R1/R2)·R0，(R1/R2)和R0都已知，Rx即可求出。
3.电桥灵敏度的定义为：
式中ΔRx指的是在电桥平衡后Rx的微小改变量，Δn越大，说明电桥灵敏度越高。
五、重点和难点
1、温度的控制；2、关系图的描绘
六、实验步骤
1．电阻－温度特性的测定
(1).把上述热敏电阻接在图1所示的电桥臂中，图中检流计用50微安的微安表，R0为电阻箱，取R1＝R2,即取倍率为1。
(2).把热效电阻放在烧杯中，加热烧杯中的水，用水银温度计测量水温。
(3).接通电桥电源，再调节R0，使电桥平衡，逐步提高水温，测出不同温度下的热敏电阻阻值(从40℃开始至80℃,每隔5℃测量一次)。并将测量数据记于下表。
(4).逐步降低水温,重复（3）操作,并取升温过程和降温过程中在该温度下的电阻的平均值为热敏电阻在该温度时的阻值。
2．用热敏电阻改装温度计
1.按照图1所示的电路连接好线路，设定电源电压为5 V，滑动变阻器滑到最大阻值处。
2.设定R1、R2、Rs和RT的值，R2/R1=2000Ω/2000Ω，Rs=7514Ω，RT=7514Ω，此时电桥应处于平衡状态，微安表指针指向0。调整过程同时滑动滑动变阻器到适当位置，使得微安表指针指向200μA。
3．调整RT=403Ω。
4.依次每隔5℃改变阻值，在下表记录微安表读数。
5．关闭电源，收拾仪器。
6．作图分析。
七、实验数据及分析
表1 电阻－温度特性测定数据表
表2 微安表改装温度计
根据电流大小与温度的对应关系，作出温度表表头如图4所示
八、实验结果和误差分析
1. 实验中对温度的测定采取温度计来测量，不够准确，而且在实验过程中温度不是一个定值，而是时刻在变化的一个值，虽然变化缓慢，但是仍然会对实验造成影响，对此，我想采用专门的电脑仪器，将温度的变化及电阻的测量一并通过一个软件统计起来，在电脑上显示出一个连续的图像，这样会达到很高的精度。
2. 实验中还存在着一个问题，就是电阻箱的精度不够高，经常会遇到，无论怎么调节电阻箱，微安表的示数总是无法回到零值，要提高精度，减少误差，应该选用更高精度的电阻箱。
九、问题和建议
1、 实验之前，首先对公式进行了线性近似，虽然不是很准确，但是会给研究但来很大的方便，之后对数据的处理，有采用了作图法和线性拟合法，很直观地观察到不同物理量之间的内在关联，之后，利用计算机的功能，可以教准确得到需要的经验公式，各个参量也可以因此间接测出。
2、 实验过程中要保证温度的合理变化，可以用电阻加热等方法，并且这样也能达到较高的温度，保证实验的完整性。
3、 电路中的滑动变阻器是必不可少的，因为要 通过调节滑动变阻器改变桥路上的电压，从而能在电桥不平衡的时候使微安表表示数为200μA。
4、 环境温度的变化导致热电阻温度不稳定。
5、在升温时要尽量慢，即调压器输出要小些。升温过程中，电桥要跟踪，始终在平衡点附近。
第二篇：02 热敏电阻温度特性研究实验(20xx)
半导体热敏电阻特性的研究（平衡电桥）
热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）以及临界温度热敏电阻（CTR）。正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大，常见的正温度系数电阻有BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体；负温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越低，该电阻材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷。
热敏电阻的主要特点是：①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强。因此，它在测温技术、无线电技术、自动化和遥控等方面都有广泛的应用。
一、实验目的
1．了解热敏电阻的电阻---温度特性和测温原理
2．掌握惠斯通电桥的原理和使用方法
二、实验原理
1．半导体热敏电阻的电阻-温度特性
半导体热敏电阻的基本特性是它的温度特性，而这种特性又是与半导体材料的导电机制密切相关的。由于半导体中的载流子数目随温度升高而按指数规律迅速增加。温度越高，载流子的数目越多，导电能力越强，电阻率也就越小。因此热敏电阻随着温度的升高，它的电阻将按指数规律迅速减小。
实验表明，在一定温度范围内，半导体材料的电阻RT和绝对温度T的关系可表示为
（1）
其中常数a不仅与半导体材料的性质而且与它的尺寸均有关系，而常数b仅与材料的性质有关，T取绝对温度。
定义电阻温度系数为：
（2）
按照温度系数不同分为和负温度系数，正温度系数热敏电阻在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻在温度越高时电阻值越低。
（1）式中常数a、b可通过实验方法测得。常利用多个T和RT的组合测量值，通过作图的方法（或用回归法最好）来确定常数a、b，为此取（1）式两边的对数。变换成直线方程：
（3）
或写作 
式中
，然后取X、Y分别为横、纵坐标，对不同的温度T测得对应的RT值，经过变换后作X～Y曲线，它应当是一条截距为A、斜率为B的直线。根据斜率求出b，又由截距可求出a＝eA。
确定了半导体材料的常数a和b后，便可计算出这种材料的电阻温度系数
（4）
显然，半导体热敏电阻的温度系数是负的，并与温度有关。
2．用惠斯顿电桥测量半导体热敏电阻
惠斯顿电桥的原理图如图1所示， 四个电阻R0，R1，R2，Rx组成一个四边形，即电桥的四个臂，其中Rx就是待测电阻。在四边形的一对对角A和C之间连接电源，而在另一对对角B和D之间接入检流计G。当B和D两点电位相等时，G中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必有
（5）
R1、R2和R0都已知，Rx即可求出。
图1.实验原理图
电桥属于非常灵敏的原件，电桥灵敏度的定义为：
（6）
其中，R0 是电桥平衡时比较臂的电阻， ΔR0 是在电桥平衡后R0的微小改变量，Δ n越大，说明电桥灵敏度越高。
三、实验仪器
箱式惠斯通电桥，控温仪，热敏电阻，直流电稳压电源
四、实验内容
1．求电桥灵敏度：
本实验中为测量电桥灵敏度，可以先调电桥至平衡得R0，改变R0至R0+ΔR0，使检流计偏转10格，求出电桥的灵敏度；再将R0改变为R0-ΔR0，使检流计向反方向偏转10格，求出电桥的灵敏度， 取两次的平均值。
2．测量热敏电阻的温度特性
接好电路，安置好仪器。
在容器内盛入水，开启加热装置对水加热，使水温逐渐上升，温度由自动温控仪控制。热敏电阻的两条引出线连接到惠斯通电桥的待测电阻RX二接线柱上。
测试的温度从室温开始，每增加5℃，作一次测量，直到70℃止。停止加热，使水慢慢冷却，测量降温过程中，测量各对应温度点的Rt。将升温和降温过程中，对应同一温度T对应的Rt取平均值，绘制热敏电阻RT-T特性曲线。由电阻的温度系数定义式，在T=50℃的点作切线，求出该点切线的斜率、T＝50℃点的电阻温度系数。
作ln RT -(1/ T)曲线，确定式(1)中常数a和b，再由（4）式求T=50°C时的电阻温度系数
（
），并将两次求得的进行对比。
五、思考题
1. 如何提高电桥的灵敏度？
2. 电桥选择不同量程时，对结果的准确度(有效数字)有何影响？