热敏电阻特性研究

热敏电阻温度特性的研究一、实验目的了解和测量热敏电阻阻值与温度的关系二、实验仪器YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪、NTC热敏电阻传感器、Pt100传感器、数字万用表三、实验原理热敏电阻是其电阻值随温度显著变化的一种热敏元件。热敏电阻按其电阻随温度变化的典型特性可分为三类，即负温度系数（NTC）热敏电阻，正温度系数（PTC）热敏电阻和临界温度电阻器（CTR）。PTC和CTR型热敏电阻在某些温度范围内，其电阻值会产生急剧变化。适用于某些狭窄温度范围内的一些特殊应用，而NTC热敏电阻可用于较宽温度范围的测量。热敏电阻的电阻-温度特性曲线如图1所示。图1NTC半导体热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴、锰、镍、铜等过渡金属的氧化物，采用不同比例的配方，经高温烧结而成，然后采用不同的封装形式制成珠状、片状、杠状、垫圈状等各种形状。与金属导热电阻比较，NTC半导体热敏电阻具有以下特点：1．有很大的负电阻温度系数，因此其温度测量的灵敏度也比较高；2．体积小，目前最小的珠状热敏电阻的尺寸可达mm2.0，故热容量很小可作为点温或表面温度以及快速变化温度的测量；3．具有很大的电阻值（521010），因此可以忽略线路导线电阻和接触电阻等的影响，特别适用于远距离的温度测量和控制；4．制造工艺比较简单，价格便宜。半导体热敏电阻的缺点是温度测量范围较窄。NTC半导体热敏电阻具有负温度系数，其电阻值随温度升高而减小，电阻与温度的关系可以用下面的经验公式表示)/exp(TBART（1）式中，TR为在温度为T时的电阻值，T为绝对温度（以K为单位），A和B分别为具有电阻量纲和温度量纲，并且与热敏电阻的材料和结构有关的常数。由式（1）可得到当温度为0T时的电阻值0R，即)/exp(00TBAR（2）比较式（1）和式（2），可得)]11(exp[00TTBARRT（3）由式（3）可以看出，只要知道常数B和在温度为0T时的电阻值0R，就可以利用式（3）计算在任意温度T时的TR值。常数B可以通过实验来确定。将式（3）两边取对数，则有:)11(lnln00TTBRRT（4）由式（4）可以看出，TRln与T1成线性关系，直线的斜率就是常数B，热敏电阻的材料常数B一般在2000—6000K范围内。热敏电阻的温度系数T定义如下21TBdTdRRTTT（5）由式（5）可以看出，T是随温度降低而迅速增大。T决定热敏电阻在全部工作范围内的温度灵敏度。热敏电阻的测温灵敏度比金属热电阻的高很多。例如，B值为4000K，当)20(15.293CKT时，热敏电阻的%7.4T1)(C，约为铂电阻的12倍。四、实验内容和步骤1、连接好实验仪器，如图2、图3所示：图2内有加热引线和温度传感器引线接“上盘”隔热板恒温腔图32、将“温度选择”开关置于“设定温度”，调节“设定温度粗选”和“设定温度细选”，选择设定所需温度点（如50C），打开“加热开关”，将“温度选择”开关置于“上盘温度”，观察温度的变化，直至温度稳定，此时加热盘可能达不到设定温度，可适当调节“设定温度细选”使其温度达到所需的温度（如50.0℃），这时给加热盘设定的温度要高于所需的温度。观察数字万用表的读数，待其稳定时，测出此温度时的电阻值。3、重复步骤2，设定温度依次递增10C（如依次为60C、70C、80C、90C、100C），测出在上述温度点时的电阻值。4、根据上述实验数据，绘出TRT曲线和TRln－T1曲线，验证TRln与T1是否成线性关系。5、将NTC热敏电阻传感器换成Pt100传感器，实验观测随着温度的变化，Pt100的电阻值如何变化，有什么特点。五、数据记录及处理1、测量出对应温度的电阻值，且求出T1，TRlnCT//TR1)/(1CTTRln0TCTT1001CTT2002CTT3003CTT4004CTT5005NTC热敏电阻数字万用表插入加热盘的恒温腔中2、作出NTC热敏电阻的TRT曲线3、验证TRln与T1是否成线性关系4、误差分析5、Pt100的电阻值随着温度变化的规律六、思考题1、半导体热敏电阻与金属导热电阻比较，具有什么特点？2、数据记录及处理中为什么要验证TRln与T1是否成线性关系？3、当温度变化时，NTC热敏电阻与Pt100的电阻值分别做什么变化，变化的趋势各有什么特点？0T/℃/TR01)/(1CTTRln