热敏电阻实验报告

首都师范大学物理实验报告班级__光电3班___________组别____第二组_________姓名__邓菊霞___________学号_1110600095_____日期___2012.11.20____指导教师_刘丽峰___【实验题目】热敏电阻温度特性实验【实验目的】1、研究热敏电阻的温度特性；2、掌握非平衡电桥的工作原理；3、了解半导体温度计的结构及使用方法【实验仪器】直流稳压电源、滑线变阻器、热敏电阻、温度计、电阻箱、微安表、检流计、保温杯、冰块等。【实验原理】热敏电阻器是敏感元件的一类，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）。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。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。本实验所用的是负温度系数热敏电阻。负温度系数热敏电阻其电阻－温度关系的数学表达式为：)]TT(Bexp[RRnTT0011（1）式中TR、0TR代表温度为T、0T时热敏电阻的阻值，nB为热敏电阻的材料系数（n代表负电阻温度系数）。上式是一个经验公式，当测温范围不太大时（＜450℃)，该式成立。其关系曲线如左图所示。为便于使用，常取环境温度为25℃作为参考温度（即0T＝298K），则负温度系数的热敏电阻的电阻―温度特性可写成：)]TT(Bexp[RRnT02511（2）0TR（常为25R）是热敏电阻的标称电阻，其大小由热敏电阻材料和几何尺寸决定，对于一个确定的热敏电阻，25R和nB为常数，可用实验方法求得。将（2）式两边取对数，得：)29811(lnln25TBRRnT（3）首都师范大学物理实验报告令,298ln,ln,125nTBRARyTx则上式可写成：xBAyn（4）式中x、y可通过测量值T、TR求出，利用几组测量值，由图解法或最小乘法可求出参数A、nB，从而确定热敏电阻的标称值25R和材料常数nB。由前面的实验可知，可由箱式惠斯通电桥测得某一温度下的TR值，当桥路平衡时，热敏电阻的阻值TR021RRR，其中21RR为比例臂值，0R为调节臂阻值。如图2所示。温度t可由温度计测出，注意：T为热力学温标，而温度计测得的为摄氏温标。【实验内容】一、热敏电阻温度特性的研究——TRT曲线的测定在保温杯中加入适量温水（水温应50℃，将温度计和热敏电阻放入杯中，用搅拌器适度搅拌；将热敏电阻的引线接入单臂电桥的测试臂，选取合适比例臂，调整电桥平衡，测量首都师范大学物理实验报告TR。之后马上读出温度计的即时示值t，加入适当冷水或冰块，使水温下降1℃－2℃左右，重复上述测量，可测得一组（TR，t）值。注意：TR在45℃左右的阻值约为14000Ω。要求：温度t的变化范围可在45℃－10℃左右。在测量一组（TR，t）值后，可马上测量不平衡电流ti,即要求同时测量（TR，ti）、（ti，t）值。二、tit热敏电阻温度计的标定曲线——Tit曲线的测定。将桥路中的检流计换成微安表。将调节臂0R置于TR为50000Ω时的对应值（此时的TR对应的温度值约为10℃）,合上开关，读出微安表示值ti及温度计的示数t。在使水温下降后，重复上述测量，可得到一组（ti,t）值。注意：测量是近同时进行的.将（TR、T）数据组输入EXCEL表格，检查测试结果。三、用热敏电阻和温度计测量自己的体温或室温。将测得的ti值代入标定曲线，确定对应的T值，并与温度计测得结果比较首都师范大学物理实验报告【原始数据】t(摄氏度）4.810.321.724.528.437.54345.446.650.3R（欧）1978019010104909100772054104370396038303340V（mV）0-22.1-109.3-142.2-98.72003904324495151/（t+273)0.0035990.003530.003390.0033610.003320.003220.0031640.003140.0031280.003093Ln(R)9.8924279.8574449.2581789.116038.951578.5960048.3825188.2839998.250628.113726I(mA)0.1540.1170.1090.08920.037-0.013-0.016-0.0016-0.0012V（mV）515449432390200-98.7-142.2-109.3-22.1首都师范大学物理实验报告【数据处理】根据,298ln,ln,125nTBRARyTxxBAyn，以及LN（R）—1/T线性拟合的公式可以算出R25=8934欧，Bn=3714.5首都师范大学物理实验报告【实验数据分析】系统误差有①搅拌不均匀，水的温度不均匀②水的温度与环境温度差异较大，与外界存在热交换。偶然误差有：①读万用表读数时，未读准确，或在不稳定的情况下读数。【思考题】1．试比较水银温度计与半导体温度计的异同。水银温度计是膨胀式温度计的一种，水银的凝固点是:-39℃,沸点是:356.7℃,用来测量0--150℃或500℃以内范围的温度，它只能作为就地监督的仪表。用它来测量温度，不仅比较简单直观，而且还可以避免外部远传温度计的误差。它是利用半导体元件与温度具有的特性关系构成的温度测量仪表。[1]由热敏电阻、连接导线和显示仪表组成，具有灵敏度高、构造简单和体积小等优点，通常用于测量与室温接近的温度以及测量快速变化的温度及点温度。2．试比较回归法和作图法的优缺点。回归法：优点是精确，缺点是计算多繁琐。作图法：优点是操作简单，缺点是结果不是那么精确。3．用不同参数（0R，nB）的半导体材料制成的温度计有什么不同？正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低.)]TT(Bexp[RRnT02511，根据这个公式可知，Bn,对温度计的影响比R0大。4．平衡电桥与不平衡电桥有何区别？平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥(惠斯登电桥)、双臂直流电桥(开尔文电桥)。它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。