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
【实验目得】
1、研究热敏电阻得温度特性; 2、掌握非平衡电桥得工作原理; 3、了解半导体温度计得结构及使用方法
【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】
热敏电阻器就是敏感元件得一类,按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)与负温度系数热敏电阻器(NTC)。热敏电阻器得典型特点就是对温度敏感,不同得温度下表现出不同得电阻值。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。本实验所用得就是负温度系数热敏电阻。负温度系数热敏电阻其电阻－温度关系得数学表达式为:
(1) 式中、代表温度为 、 时热敏电阻得阻值,为热敏电阻得材料系数(n 代表负电阻温度系数)。上式就是一个经验公式,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＝298K),则负温度系数得热敏电阻得电阻―温度特性可写成:
(2)
(常为)就是热敏电阻得标称电阻,其大小由热敏电阻材料与几何尺寸决定,对于一个确定得热敏电阻,与为常数,可用实验方法求得。
将(2)式两边取对数,得:
(3) 令则上式可写成:
(4) 式中、可通过测量值、求出,利用几组测量值,由图解法或最小乘法可求出参数、,从而确定热敏电阻得标称值与材料常数。由前面得实验可知,可由箱式惠斯通电桥测得某一温度下得值,当桥路平衡时,热敏电阻得阻值,其中为比例臂值,为调节臂阻值。如图 2 所示。
温度可由温度计测出, 注意:为热力学温标,而温度计测得得为摄氏温标。
【实验内容】
一、热敏电阻温度特性得研究——曲线得测定 在保温杯中加入适量温水(水温应 50℃,将温度计与热敏电阻放入杯中,用搅拌器适度搅拌;将热敏电阻得引线接入单臂电桥得测试臂,选取合适比例臂,调整电桥平衡,测量。之后马上读出温度计得即时示值,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(,)值。
注意: :在 45℃左右得阻值约为 14000Ω。
要求:温度得变化范围可在 45℃－10℃左右。
在测量一组(,)值后,可马上测量不平衡电流,即要求同时测量(,)、( ,)值。
二、热敏电阻温度计得标定曲线——曲线得测定。
将桥路中得检流计换成微安表。将调节臂置于为 50000Ω时得对应值(此时得对应得温度值约为 10℃),合上开关,读出微安表示值及温度计得示数。在使水温下降后,重复上述测量,可得到一组(,)值。注意:测量就是近同时进行得、 将(、)数据组输入 EXCEL 表格,检查测试结果。
三、用热敏电阻与温度计测量自己得体温或室温。
将测得得值代入标定曲线,确定对应得值,并与温度计测得结果比较 【原始数据】
t(摄氏度) 4、8 10、3 21、7 24、5 28、4 37、5 43 45、4 46、6 50、3 R(欧) 19780 19010 10490 9100 7720 5410 4370 3960 3830 3340 V(mV) 0 -22、1 -109、3 -142、2 -98、7 200 390 432 449 515 1/(t+273) 0、003599 0、00353 0、00339
0、003361 0、00332 0、00322 0、003164 0、00314 0、003128 0、003093 Ln(R) 9、892427 9、857444 9、258178 9、11603 8、95157 8、596004 8、382518 8、283999 8、25062 8、113726 I(mA) 0、154 0、117 0、109 0、0892 0、037 -0、013 -0、016 -0、0016 -0、0012 V(mV) 515 449 432 390 200 -98、7 -142、2 -109、3 -22、1 【数据处理】
根据,以及 LN(R)—1/T 线性拟合得公式可以算出 R25=8934 欧,Bn=3714、5
【实验数据分析】
系统误差有①搅拌不均匀,水得温度不均匀②水得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,或在不稳定得情况下读数。
【思考题】
1. 试比较水银温度计与半导体温度计得异同。
水银温度计就是膨胀式温度计得一种,水银得凝固点就是:-39℃,沸点就是:356、7℃,用来测量0--150℃或500℃以内范围得温度,它只能作为就地监督得仪表。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得误差。
它就是利用半导体元件与温度具有得特性关系构成得温度测量仪表。
[1]
由热敏电阻、连接导线与显示仪表组成,具有灵敏度高、构造简单与体积小等优点,通常用于测量与室温接近得温度以及测量快速变化得温度及点温度。
2 2 ． 试比较回归法与作图法得优缺点。
回归法:优点就是精确,缺点就是计算多繁琐。
作图法:优点就是操作简单,缺点就是结果不就是那么精确。
3． 用不同参数 (,) 得半导体材料制成得温度计有什么不同？ 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、,根据这个公式可知,Bn,对温度计得影响比 R0 大。
4. 平衡电桥与不平衡电桥有何区别？ 平衡电桥就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得物理量,而在实际工程中与科学实验中,很多物理量就是连续变化得,只能采用非平衡电桥才能测量;非平衡电桥得基本原理就是通过桥式电路来测量电阻,根据电桥输出得不平衡电压,再进行运算处理,从而得到引起电阻变化得其它物理量,如温度、压力、形变等。
