热敏电阻温度计的设计与标定

热敏电阻温度计的设计与标定

一、实验内容与实验要求

1． 电阻温度计包括金属电阻温度计和半导体温度计，本实验要求利用半导体材料制备的热敏电阻设计出能够测量常温的温度计，测温范围“实验室室温－75℃”

2． 对温度计进行定标，绘制T-I(温度－电流)定标曲线。

3． 用标定后的温度计，测量人体手心的温度，并与标准温度计所测量结果进行比较。

二、实验前应考虑并回答的问题

1. 金属、半导体电阻随温度变化大致有怎么样的规律？ 2. 金属或半导体材料制成的热敏电阻随温度变化是线性的吗？ 3. 传感器为什么要定标？ 4. 非平衡电桥有什么用途？ 三、实验室可以提供的主要仪器

1. 负温度系数半导体热敏电阻一支[25℃时电阻约5KΩ,B值3950/℃] 2. 可调温压电源、微安表、万用表（不能当电压表用）。 3. 电加热水壶、金属水杯。

4. 玻璃温度计一支(0~100℃,准确度1℃)。 5. 电阻箱3个、塑料清洗瓶1个、开关和导线等。 四、实验设计报告和实验报告的要求

(1). 实验设计报告的要求：

1.实验目的；2.实验仪器[含仪器参数]；3.实验原理[热敏电阻、非平衡电桥测温原理，有电流－电阻关系公式，实验设计思路解释]；4. 电路中仪器的可调物理量数值预先选定和计算[电桥上三个电阻阻值、电源总电压等]，5. 实验步骤[结合预先选择和计算的的数据，准确写出“把电阻箱阻值调到xxΩ,电源电压调到x.xxV”]，6. 数据表[结合测量量和自变量，此外，电路中所用仪器的数值量都要记录；7. 实验注意事项。

(2) 实验报告的要求：

在实验设计报告的基础上，增加实验中测量到的数据，完成数据处理和分析，实验总结和感受。 五、实验原理：

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1. 半导体热敏电阻

半导体热敏电阻随温度变化典型特性可分为三种类型：负温度系数热敏电阻（NTC）；正温度系数热敏电阻（PTC）和特定温度下电阻值发生突变电阻器（CTR）。具有负温度系数的热敏电阻，电阻值随温度升高而迅速下降，这是因为热敏电阻由一些金属氧化物如Fe3O4、MgCr2O4等半导体制成，在这些半导体内部，自由电子数目随温度的升高增加得很快，导电能力很快增强；虽然原子振动也会加剧并阻碍电子的运动，但这种作用对导电性能的影响远小于电子被释放而改变导电性能的作用，所以温度上升会使电阻值迅速下降。

负温度系数热敏电阻应用广泛，阻值随温度升高而减小，电阻与温度的关系可表示为

RT?R0expB(11?) （1） TT0式中RT、R0——分别为温度T（K）和T0=273.15K时阻值；

B ——热敏电阻材料常数，通常B=2000～6000K

将（1）式两边取对数，得直线方程

lnRT?BB?(lnR0?) （2） TT0热敏电阻温度系数?T定义

?T?1dRTB???2 RTdTT可见?T随温度降低而迅速增大，决定热敏电阻在全部工作范围内温度灵敏度，其值比金属热电阻温度系数高得多。

热敏电阻的主要参数：额定电阻，通常标定的额定电阻是指在介质温度

25℃±0.01℃，零功率测量条件下得的电阻值；热敏电阻材料常数－B值，通常B=2000～6000K；为了消除内热效应影响，一般半导体热敏电阻允许通过最大电流Im＜0.4mA。 2. 电桥的非平衡测量

电桥电路如图1所示，在电桥平衡测量时，有关系式

R1RT? R2RS 2

对于非平衡电桥，有测量桥路电压、测量桥路电流等多种形式，本实验采用桥路电流测量的方法。

利用基尔霍夫定律，经推导得证，桥臂电阻、电源电压与桥路电流的关系可用下式表示：

g?I 图1非平衡电桥电路图 ?R2RT?ERg(R1?RT)(R2?RS)?(R1R2RS?R1R2RT?R1RSRT?R2RSRT)?R1RS 在其他参数不变的条件下，温度的变化导致RT 的变化，从而导致电流Ig 的变化，利用其它温度计，绘出温度与电桥中电流的关系曲线，就完成了定标。以后利用热敏电阻温度计测量出某温度对应的电流，就可在图上查出对应的温度。目前，许多传感器的测量定标完成后，把关系曲线输入计算机定边，在利用测量时，自动完成读数转化。 （2）电压型非平衡电桥

由图2可以看出

UAD?RSURs?R2RtU

R1?Rt

UBD? 所以，电桥输出端的开路电压UAB为

图2电压型非平衡电桥电路 UAB=UAD－UBD=

R1RS?R2RtU (5)

(RS?R2)(R1?Rt)

六、学生第一次课要完成的内容：

第一次课及课后要完成的任务：

记录仪器参量：电阻箱的调节范围，电源的调节范围，微安表的量程和对应的内阻，热敏电阻的室温阻值和选定的高温【75°C】及其阻值【750Ω】。绘出实验电路，记录流过微安表的电流表达式。

利用Ig表达式和温度计的设计要求[测量范围：微安表零数时的温度对应于室温，满刻度时对应于75°C]，分析电桥各比例臂的数值、电源电压对微安表电流的影响。通过选定R1和R2的阻值[考虑热敏电阻的阻值范围]，微安表量程和内阻、满量程时电阻的阻值【750Ω】，计算出电源电压和Rs。要考虑流过电流

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表的电流方向【正负极接到那一端】。

写出“实验设计报告”。

第二次课：根据自己的设计报告，连接电路，电阻箱调到预估值，电源电压略小于计算电压。75度时调节电压，使电流表满量程。利用热水降温，测量温度与电流数据。利用自己制备的温度计，测量自己手心的温度对应的电流【在图上查出温度】，并与玻璃温度计所测量结果进行比较。 对应的温度】。【查出对应的温度】，用玻璃温度计测量手心温度，两者比较，计算相对不确定度。

参考文献

1. 吴平， 大学物理实验教程，北京 机械工业出版社， 2005 p182 2. 贾小兵，大学物理实验教程，北京 科学出版社，2001

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/w1xh.html