热敏电阻温度特性的研究带实验数据处理.docx

本科实验报告

实验名称:热敏电阻温度特性的研究
(略写)
实验15热敏电阻温度特性的研究
【实验目的和要求】
研究热敏电阻的温度特性。
用作图法和回归法处理数据。
【实验原理】
金属导体电阻
金属导体的电阻随温度的升高而增加,电阻值与温度间的关系常用以下经验公式表示:
(1)
式中是温度为时的电阻,为C时的电阻,为常系数。
在很多情况下,可只取前三项:
(2)
因为常数比小很多,在不太大的温度范围内,可以略去,于是上式可近似写成:
(3)
式中称为该金属电阻的温度系数。
半导体热敏电阻
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,其电阻率随热力学温度的关系为
(4)
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。其电阻率的温度特性为:
(5)
式中、为常数,由材料物理性质决定。
对(5)式两边取对数,得
(6)
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)。
实验原理图
图1 实验原理图
单臂电桥的基本原理
用惠斯通电桥测量电阻时,电桥应调节到平衡状态,此时。但有时被测电阻阻值变化很快(如热敏电阻),电桥很难调节到平衡状态,此时用非平衡电桥测量较为方便。
非平衡电桥是指工作于不平衡状态下的电桥,(如图二所示)。我们知道,当电桥处于平衡状态时G中无电流通过。如果有一桥臂的阻值发生变化,则电桥失去平衡,,的大小与该桥臂阻值的变化量有关。如果该电阻为热敏电阻,则其阻值的变化量又与温度改变量有关。这样,就可以用的大小来表征温度的高低,这就是利用非平衡电桥测量温度的基本原理。
下面我们用支路电流法求出与热敏电阻的关系。桥路中电流计内阻,桥臂电阻、、和电源电动势均为已知量,电源内阻忽略不计。
根据基尔霍夫第一定律,并注意附图中的电流参考方向,A、B、D三个节点的电流方程如下:
节点A:
节点B:
节点D:
根据基尔霍夫第二定律,并注
意到图中各双向标量的参考方向,
3个网孔的回路电压方程如下:
回路Ⅰ: 图2单臂电桥原理图
回路Ⅱ:
回路Ⅲ:
解以上6个联立方程可得: (7)
由上式可知,当时,,电桥处于平衡状态。当时,,表示的实际方向与参考方向相同;当时,,表示的实际方向与参考方向相反。
将(7)式整理后求得热敏电阻:
(8)
从上式和(4)式可以看出,与以及与都是一一对应的,也就是说与有着确定的关系。如果我们用微安表测量,并将微安表刻度盘的电流分度值改为温度分度值,这样的组合就可以用来测量温度,称为半导体温度计。用热敏电阻做温度计的探头,具有体积小,对温度变化反应灵敏和便于遥控等特点,在测温技术、自动控制技术等领域有着广泛的应用。
图3 图4

图5 图6
【实验仪器】
灵敏检流计、电阻箱、热敏电阻、玻璃烧杯、小试管、温度计、EH物理实验仪、电热水壶