1、掌握非平衡电桥的工作原理。
2、了解金属导体的电阻随温度变化的规律。
3、了解热敏电阻的电阻值与温度的关系。
4、学习用非平衡电桥测定电阻温度系数的方法。
三、 仪器:
1、热敏电阻。
覆膜胶
2、数字万用表。
3、ZX-21型电阻箱。
4、滑线变阻器。
5、固定电阻器。
7、温度计。
8、直流稳压电源等。
四、 原理:
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T ρ随温度T 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(简称“NTC ”元件,其电阻率T ρ随热力学温度T 的关系为 T B T e A /0=ρ…(5,式中0A 与B 为常数,由材料的物理性质决定。
节能灯灯头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(简称“PTC ”元件。其电阻率的温度特性为:
T
B T e
A ⋅'=ρρ…(6,式中A '、ρ
B 为常数,由材料物理性质决定。
在本实验中我们使用的是负温度系数的热敏电阻。对于截面均匀的“NTC ”元件,阻值T R 由下式表示: T B T
T e S
l
A S l R /0==ρ (7
,式中l 为热敏电阻两极间的距离,S 为热敏电阻横截面积。令S
l
A A 0
=,则有: T B T Ae R /=…(8,上式说明负温度系数热敏电阻的阻值随温度升高按指数规律下降,如图2所示,可见其对温度的敏感程度比金属电阻等其它感温元件要高得多。由于具有上述性质,热敏电阻被广泛应用于精密测温和自动控温电路中。对(8式两边取对数,得
A T B
R T ln 1ln +=…(9,可见T R ln 与T
1成线性关系,若从实验中测得若干个T R 和对
冲压滤网应的T 值,通过作图法可求出A (由截距A ln 求出和B (即斜率。
挂链半导体材料的激活能Bk E =,式中k 为玻耳兹曼常数(231038.1-⨯=k J/K,将B 与
k 值代入可求出E 。根据电阻温度系数的定义: dT
dR R dT d T
T T T 11=
=
ρρα…
(10,将(8式代入可求出热敏电阻的电阻温度系数:2T
B -=α… (11,对给定材料的热敏电阻,在测得B 值后,可求出该温度下的电阻温度系数。
五、 步骤:
烤花炉1、 热敏温度计定标:①如图连接线路(接线时不要打开电源,其中x R 为热敏电阻,3R 为试验中给出的总阻值为1750Ω的滑动变阻器。将x R 置于水浴锅中,注意不能接触水浴锅的壁和底。②调节1R 为1000Ω,2R 为100Ω,3R 大约处在1500Ω的位置,打开直流稳压电源,调节电源电压为2V ,数字万用表置于2mA 档(先不
要打开水浴锅电源。③从Ig=0时开始测量。调节Ig=0后,先将水浴锅设于“测温”,再打开水浴锅电源,马上记录下此时温度显示值t 。④将水浴锅设于"设定",
旋转"温度设定"旋钮至90C 。
,水浴锅开始对热敏电阻加热.记录10组不同温度t 下的Ig,每隔5C 。
测一次,得到热敏电阻的定标曲线t-Ig. 2、 利用已记录的Ig,把热敏电阻换成电阻箱,通过调节电阻箱的阻值,使数字万用表显示相应的Ig,从而测出对应的t R ,得到t R -t 曲线,并根据数据组(t R ,T,对exp(/t R a b T =进行变量变换,变成表达式Y=A+BX 形式,利用最小二乘法拟合得到具体热敏电阻的特性参数a 、b 。
3、 由求得的B ,计算相应温度下的热敏电阻的温度系数。
六、 记录:
七、 数据处理:
地热电缆exp(/t R a b T = → b T
t R a = → l n l n
t b R a T
=+ 令ln t Y R =,1
X T
=
得ln Y a bX =+ 由上表中的数据可计算出a=0.01746,b=3892.81
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