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1、半導體熱敏電阻的特性研究,大學物理實驗,主講教師：李明非,吉林建筑工程學院城建學院,【實驗簡介】,熱敏電阻是一種電阻值隨其溫度變化而顯著變化的電阻，大多由金屬氧化物半導體材料制成，或由單晶半導體、玻璃和塑料制成的。由于熱敏電阻具有體積小、結構簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、可實現(xiàn)遠程測量和控制等優(yōu)點，所以廣泛應用于測溫、控溫、溫度補償、報警等領域。熱敏電阻分為負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻、正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻和開關型熱敏電阻，前兩者電阻率隨溫度的變化一般是指數(shù)規(guī)律。,【實驗目的】,1鞏固和復習用電橋測量電阻的方法；2.學習如何用電橋測量熱敏電阻的溫度特性；3了解電橋在非電量測量中的應用。,【
2、實驗原理】,1熱敏電阻溫度特性原理,實驗表明在一定溫度范圍內，半導體的電阻率和絕對溫度T（單位K）之間的關系為,,式中A1與B對于同一種半導體材料為常量，其數(shù)值與材料的物理性質有關。,對于截面均勻的熱敏電阻，其電阻值RT可以根據(jù)電阻定律寫為,,式中l(wèi)為兩電極間距離，s為熱敏電阻的橫截面。對某一特定電阻而言，A與B均為常數(shù)，用實驗方法可以測定。為了便于數(shù)據(jù)處理，將上式兩邊取對數(shù)，則有,,,A=A1l/s,熱敏電阻溫度系數(shù)的定義式為：,不僅與材料常數(shù)有關，還與溫度有關，低溫段比高溫段更靈敏。,以1/T為橫坐標，以lnRT為縱坐標作圖，則得到的圖線應為直線，其斜率為B，截距為lnA。,,,,2直流電
3、橋電路原理,R1、R2、R3和Rx連成四邊形，稱為電橋的四臂。G為檢流計，Rb為保護電阻，K2為保護開關。當C、D之間的電位相等時，橋路中的電流Ig等于零，檢流計G的指針指零，此時電橋處于平衡狀態(tài)。,Kr為倍率，R3為比較電阻。Rx為待測電阻（RT）。,,【實驗儀器】,FB203A型半導體熱敏電阻特性研究試驗儀（電源、檢流、控溫、測溫）1臺FB203A型半導體熱敏電阻特性研究試驗儀（自組惠斯登電橋電阻箱）1臺正（或負）溫度系數(shù)（PTC或NTC）熱敏電阻1付專用連接線若干,,,惠斯登電橋電阻箱,半導體熱敏電阻特性研究試驗儀電源檢流控溫測溫,熱敏電阻,【實驗內容與步驟】,1.利用實驗裝置提供的元器
4、件，按圖自行組裝惠斯登電橋。,長線,長線,2.把熱敏電阻傳感器插入加熱井中，測量時把選中的熱敏電阻的引線接到電橋中（Rx）。,每人只測量一付,3.根據(jù)不同的溫度，估計正、負溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值范圍（見下表或后面的參考曲線）,,把比較電阻R3預先調節(jié)到適當?shù)淖柚?選擇合適的倍率Kr=R1/R2（一般取Kr=0.55，記錄此值）,,,,4.把電橋的工作電壓調節(jié)到E=23V。,,5.使用電子式溫度指示調節(jié)儀，設置加熱井的溫度t（最高99.9），“加熱選擇”為16V慢加熱，“加熱選擇”為24V快加熱，風扇可對加熱井散熱降溫。,,6.先把撿流計G電路的保護開關k2打向下，k1打向上，打開電源開關K，調
5、節(jié)比較電阻R3進行粗調，待電橋平衡后，再把保護開關k2打向上，仔細調節(jié)比較電阻R3，使撿流計G的指針指零，記錄比較電阻R3的阻值。,粗調,細調,,,7.測量正（或負）溫度系數(shù)（PTC或NTC）熱敏電阻的溫度特性，從30升到90，每隔5測一個數(shù)據(jù)，并記錄在下表內，畫出溫度特性RTt曲線和lnRT1/T曲線，求出RT表達式（即A、B值）。,表1（PTC或NTC）數(shù)據(jù)記錄室溫Kr=,,【注意事項】,1.使用電橋時，應避免將R1、R2、R3同時調到零值附近測量，這樣可能會出現(xiàn)較大的工作電流，測量精度也會下降。2.電橋的工作電壓一般不要超過3V，否則通過熱敏電阻的電流過大，可能損壞熱敏電阻。3.熱敏電阻
6、作為測量溫度的敏感元件時，必須要求它的電阻值只隨環(huán)境溫度而變化，與通過的電流無關。因此，流經熱敏電阻的電流一般選取其伏安特性曲線的線性部分的五分之一；同時流過的電流越小越好。,,,4.測量時，密切注視檢流計G，若指針迅速偏轉，說明通過G的電流很大，應迅速斷開k1，以免燒壞檢流計。5.注意絕對溫度T與攝氏溫度t的關系。,,選擇合適的倍率Kr=R1/R2（Kr=0.55）,調節(jié)R3到適當?shù)淖柚?k1、k2打向下加熱選擇“斷”,打開儀器電源開關,記錄R3,調節(jié)工作電壓E=23V,設置溫度t、加溫,粗調R3，G指零,細調R3，G指零,組裝惠斯登電橋,,,,,,,,,,,,實驗流程圖,正溫度系數(shù)（PTC
7、）熱敏電阻的溫度特性RTt參考曲線,負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻的溫度特性RTt參考曲線,【實驗報告的要求】,1實驗名稱2實驗儀器3實驗目的4實驗原理及所采用的實驗方法5實驗內容6數(shù)據(jù)處理,【預習抽查問題與思考題】,1.實驗的目的是什么？2.為什么用電橋測電阻一般比伏安法測量的準確度高？3.在測量半導體熱敏電阻時，當橋路達到平衡后，撤去電源，對電路會有什么影響？（電流計是否偏轉）為什么？4.NTC半導體熱敏電阻與普通電阻比較，具有什么特點？5.如何減小溫度不穩(wěn)定對測量的影響？,6.半導體熱敏電阻具有怎樣的溫度特性？7.利用半導體熱敏電阻的溫度特性，能否制作一只溫度計？8.本實驗要求用作圖法處理數(shù)據(jù)，請考慮一下用哪一個量作為橫軸的自變量？哪一個量作為縱軸的因變量？得到的曲線是什么形狀？,
半導體熱敏電阻的特性研究.ppt
