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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(jié)構(gòu)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(lǐng)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(guān)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(nèi),半導體的電阻率和絕對溫度 T (單位K)之間的關(guān)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(zhì)有關(guān)。,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=A1 l/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(guān),還與溫度有關(guān),低溫段比高溫段更靈敏。,以1/T 為橫坐標,以ln RT 為縱坐標作圖,則得到的圖線應為直線,其斜率為B,截
3、距為lnA。,,,,2直流電橋電路原理,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(guān)。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
4、 測溫,熱敏電阻,【實驗內(nèi)容與步驟】,1. 利用實驗裝置提供的元器件,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(diào)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(diào)節(jié)到E = 23V。,,5. 使用電子式溫度指示調(diào)節(jié)儀,設(shè)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
5、散熱降溫。,,6. 先把撿流計G電路的保護開關(guān)k2打向下,k1打向上,打開電源開關(guān)K,調(diào)節(jié)比較電阻R3進行粗調(diào),待電橋平衡后,再把保護開關(guān)k2打向上,仔細調(diào)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(diào),細調(diào),,,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(nèi),畫出溫度特性RT t曲線和ln RT 1/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(diào)到零值附近測量,這樣可能會出現(xiàn)較大的工作
6、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(guān)。因此,流經(jīng)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(zhuǎn),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(guān)系。,,選擇合適的倍率 Kr = R1/R2( Kr=0.55),調(diào)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(guān),記錄R3
7、,調(diào)節(jié)工作電壓 E = 23V,設(shè)置溫度t、加溫,粗調(diào)R3,G指零,細調(diào)R3,G指零,組裝惠斯登電橋,,,,,,,,,,,,實驗流程圖,正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻的 溫度特性RT t 參考曲線,負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻的 溫度特性RT t 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(nèi)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(zhuǎn))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?,