一、名称:非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数二、目的:
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。

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。

6、水浴锅。

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。

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
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。

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:
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:
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 由2=
t t dR b
R dT T
α=-得到以上α值。