1、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】1. 研究热敏电阻的温度特性。2. 用作图法和回归法处理数据。 【实验原理】1 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tRt下经验公式表示：（1）)1(320ctbtRt式中 是温度为 时的电阻， 为 C 时的电阻， 为常系数。tRt 0cb,在很多情况下，可只取前三项： （2）)1(0btt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bb写成：（3）)1(0tRt式中 称为该金属电阻的温度系数。2 半导体热敏电阻热敏电阻由半导
2、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T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T（4）BTeA/0式中 与 为常数，由材料的物理性质决定。0AB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）TBTeA式中 、 为常数，由材料物理性质决定。AB对（5）式两边取对数，得（6） ATBRln1ln可见 与
3、 成线性关系，若从实验中测得若干个 和对应的 值，通过作图TRln1 TR法可求出 (由截距 求出)和 (即斜率)。Aln3. 实验原理图图 1 实验原理图4. 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0gI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，ABCDRT243I1g EG 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0gIgI电阻，则其阻值
4、的变化量又与温度改变量有关。这样，就可以用 的大小来表gI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gITR，桥臂电阻 、 、 和电源电动势 均为已知量，电源内阻忽略不计。gR2R34E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： 31I节点 B： g2节点 D： 43II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： 图 2 单臂电桥原理图031RIIgT回路： 42回路： 3IE解以上 6 个联立方程可得： （7)
5、 )()( 4322434232 RRRREI TgTTg 由上式可知，当 时， ，电桥处于平衡状态。当 时，20gI T，表示 的实际方向与参考方向相同；当 时， ，表示0gIgI 432T0gI的实际方向与参考方向相反。将（7）式整理后求得热敏电阻 ：TR(8)ERRIIEggggT 432432 2)( 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gITR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gIT gI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
6、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【实验内容】1按实验原理图的实验装置接好电路，安装仪器。2在容器内盛入水，开启直流电源开关，先测出室温时温度 T0和 NTC 热敏电阻的阻值 R0; 对水加热，使水温逐渐上升,测试的温度从室温开始，每增加5，作一次量记为 Ti和 Ri，直到 85止。3 用作图法求出温度在室温到 85 范围内的材料系数 B 。【实验数据】T/ RT/（升温） RT/（降温） 平均值 RT/25 1845 1821 183330 1564
7、1559 1561.535 1241 1325 128340 1090 1105 1097.545 876 907 891.550 774 796 78555 690 684 68760 602 590 59665 492 506 49970 438 436 43775 380 375 377.580 330 325 327.585 285 288 286.5表 1 实验数据【实验分析及处理】绘制标定曲线，分析标定特性作出 R-t 曲线如下： R-t 曲线表 2 R-t 曲线得指数拟合曲线 y = 3786.9e（-0.0308x）,得 50时候的斜率为-25，电阻值为 785，那么温度系数 0318.)5(781做出 曲线：TRt1ln表 3 曲线TRt1ln从图中可以知道 ，B=32900297.,5.lnR那么有 。315.)273(22TB【问题与建议】实验误差的主要来源是对相应温度点的电阻值的测定的不准确，其误差可以达到几十欧姆，这主要是由于温度计的不精确和热敏电阻对温度变化的敏感性造成的，本实验的精确度并不高。曲线TRt1ln/ -1T1
