本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱:熱敏電阻溫度特性的研究(略寫)實(shí)驗(yàn)15熱敏電阻溫度特性的研究【實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆垦芯繜崦綦娮璧臏囟忍匦?。用作圖法和回歸法處理數(shù)據(jù)?！緦?shí)驗(yàn)原理】1．金屬導(dǎo)體電阻金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增加，電阻值R與溫度t間的關(guān)系常用以下t經(jīng)驗(yàn)公式表示：R=R。(1+at+bt2+ct3+)(1)式中R是溫度為t時(shí)的電阻，R為t=00C時(shí)的電阻，a,b,c為常系數(shù)。t0在很多情況下，可只取前三項(xiàng)：R=R(1+at+bt2)(2)因?yàn)槌?shù)b比a小很多，在不太大的溫度范圍內(nèi)，b可以略去，于是上式可近似寫成：

R=Ro（1⑶式中?稱為該金屬電阻的溫度系數(shù)。2．半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，是一種敏感元件。其特點(diǎn)是在一定的溫度范圍內(nèi)，它的電阻率Pt隨溫度T的變化而顯著地變化，因而能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化。一般半導(dǎo)體熱敏電阻隨溫度升高電阻率下降，稱為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其電阻率Pt隨熱力學(xué)溫度T的關(guān)系為Pt=AoeB/丁4）式中Ao與B為常數(shù)，由材料的物理性質(zhì)決定。4）也有些半導(dǎo)體熱敏電阻，例如鈦酸鋇摻入微量稀土元素，采用陶瓷制造工藝燒結(jié)而成的熱敏電阻在溫度升高到某特定范圍（居里點(diǎn)）時(shí)，電阻率會(huì)急劇上升，稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻。其電阻率的溫度特性為：Pt=A'eBPT（5）式中A，、Bp為常數(shù)，由材料物理性質(zhì)決定。對(duì)（5）式兩邊取對(duì)數(shù)，得lnRt=B~+lnA6）丄6）可見lnRt與T成線性關(guān)系，若從實(shí)驗(yàn)中測(cè)得若干個(gè)Rt和對(duì)應(yīng)的T值，通過(guò)作圖法可求出A（由截距l(xiāng)nA求出）和B（即斜率）。實(shí)驗(yàn)原理圖■:.r二■1i-a圖1實(shí)驗(yàn)原理圖

單臂電橋的基本原理用惠斯通電橋測(cè)量電阻時(shí)，電橋應(yīng)調(diào)節(jié)到平衡狀態(tài)，此時(shí)I=0。但有時(shí)被g測(cè)電阻阻值變化很快（如熱敏電阻），電橋很難調(diào)節(jié)到平衡狀態(tài)，此時(shí)用非平衡電橋測(cè)量較為方便。非平衡電橋是指工作于不平衡狀態(tài)下的電橋，（如圖二所示）。我們知道，當(dāng)電橋處于平衡狀態(tài)時(shí)G中無(wú)電流通過(guò)。如果有一橋臂的阻值發(fā)生變化，則電橋失去平衡，I工0，I的大小與該橋臂阻值的變化量有關(guān)。如果該電阻為熱敏電阻，gg則其阻值的變化量又與溫度改變量有關(guān)。這樣，就可以用I的大小來(lái)表征溫度g的高低，這就是利用非平衡電橋測(cè)量溫度的基本原理。下面我們用支路電流法求出I與熱敏電阻R的關(guān)系。橋路中電流計(jì)內(nèi)阻R,gTg橋臂電阻R、R、R和電源電動(dòng)勢(shì)E均為已知量，電源內(nèi)阻忽略不計(jì)。234根據(jù)基爾霍夫第一定律，并注意附圖中的電流參考方向，A、B、D三個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流方程如下：節(jié)點(diǎn)A：I=I+113節(jié)點(diǎn)B：I=I+112g節(jié)點(diǎn)D：I+1=I3g4回路I:IR+1R回路I:IR+1R-IR=01Tgg33回路II:IR-IR-IR=02244gg回路III:E=IR33+1R44圖2單臂電橋原理圖解以上6個(gè)聯(lián)立方程可得：7)(RR-RR)E7)23T4^-RRR+RRR+RRR+RRR+R(R+R)(R+R)T2323434T4T2gT234由上式可知，當(dāng)R2R=RTR4時(shí)，Ig=0，電橋處于平衡狀態(tài)。當(dāng)R2R3>RtR4時(shí)’Ig表示I的實(shí)際方向與參考方向相同；當(dāng)RR<RR時(shí)，I<0，表示I的實(shí)際方g23T4gg向與參考方向相反。將（7）式整理后求得熱敏電阻R:T

RRE-I(RRR+RRR+RRR)RtTOC\o"1-5"\h\z23g'234g23g24丿RtI(RR+RR+RR+RR+RR)+RE

g'233442g3g4，4從上式和（4）式可以看出，I與R以及R與T都是一一對(duì)應(yīng)的，也就是說(shuō)I與gTTgT有著確定的關(guān)系。如果我們用微安表測(cè)量I,并將微安表刻度盤的電流分度值g改為溫度分度值，這樣的組合就可以用來(lái)測(cè)量溫度，稱為半導(dǎo)體溫度計(jì)。用熱敏電阻做溫度計(jì)的探頭，具有體積小，對(duì)溫度變化反應(yīng)靈敏和便于遙控等特點(diǎn)，在測(cè)溫技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。圖3圖4圖3圖4圖5圖6【實(shí)驗(yàn)儀器】靈敏檢流計(jì)、電阻箱、熱敏電阻、玻璃燒杯、小試管、溫度計(jì)、EH物理實(shí)驗(yàn)儀、電熱水壺【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1．按實(shí)驗(yàn)原理圖的實(shí)驗(yàn)裝置接好電路，安裝儀器。2?在容器內(nèi)盛入水，開啟直流電源開關(guān)，先測(cè)出室溫時(shí)溫度T和NTC熱敏0電阻的阻值R;對(duì)水加熱，使水溫逐漸上升，測(cè)試的溫度從室溫開始,每增加5°C,0作一次量記為T和R,直到85C止。ii3?用作圖法求出溫度在室溫到85C范圍內(nèi)的材料系數(shù)B?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】T/CR/Q（升溫）TR/Q（降溫）T平均值R/QT2518451821183330156415591561.53512411325128340109011051097.545876907891.5507747967855569068468760602590596654925064997043843643775380375377.580330325327.585285288286.5表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)分析及處理】繪制標(biāo)定曲線，分析標(biāo)定特性R-t曲線作出R-t曲線如下:R-t曲線得指數(shù)擬合曲線y=3786.9e'(-0.0308x),得50°C時(shí)候的斜率為-25,電阻值為785Q,那么溫度系數(shù)―i=意X(-25)=-0-0318做出ln{R}-丄曲線:從圖中可以知道InR=-3.52,R二0.02970，B=3290那么有a=-—=