实验目的
1、巩固平衡电桥测量电阻的方法。 2、学会利用非平衡电桥测量电阻。 3、测量热敏电阻的温度特性。
4、制作热敏电阻温度计,测量温度。 实验原理
热敏电阻Rt是一种阻值随温度的改变发生显著变化的敏感元件。在工作温度范围内,阻值随温度升高而增加的称为正温度系数(PTC)的热敏电阻,反之称为负温度系数(NTC)的热敏电阻。
1、热敏电阻的温度特性 热敏电阻的电阻率与温度的关系类似于纯半导体,可表示为exp(
E
),式中为T→∞2KT
时的电阻率,设E/2KB,改写上式可得到热敏电阻的电阻温度关系:
TTR11
RT2RT1exp[B()],B12lnT2 (5-19-1)
T1T2RT1T2T1式中RT2是温度为T2(K)时的热敏电阻阻值,RT1是温度为T1(K)时的热敏电阻阻值,B为热敏电阻的材
料常数。热敏电阻的材料常数B是由热敏电阻的组成成分和热处理方法所决定的,它是每一个热敏电阻固有的特性。由于热敏电阻的阻值与温度成非线性关系,定义其电阻温度系数为
dR/R1dRB
2 (5-19-2) dTRdTT
的意义是温度变化1℃时热敏电阻阻值的相对变化率。对于一定材料的热敏电阻,仅是温度
的函数。通过B或可以判断一个热敏电阻是正温度系数型(PTC),还是负温度系数型(NTC)。
2、非平衡电桥原理及应用
在图5-82所示的电桥中,当电桥达到平衡时,Ig=0,R4
R1
R3 ,且电流Ig不受电桥端电压VACR2
的影响。当电桥不平衡时,Ig与电桥的四个臂的阻值,电流计内阻Rg及电桥端电压VAC均有关。对于一个固定的电流计,Rg为定值。如果再固定R1、R2、R3,则Ig只与R4和VAC有关,可记为
Ig=f(VAC,R4)
用热敏电阻Rt代替R4,对于某一温度,Rt为定值R0,于是Ig只与端电压VAC有关,即
Ig=f(VAC)
可以调节VAC使电流计上流过的电流Ig达到指定数值Im(例如满度值),调好后固定VAC。
当温度再改变时,Ig只与Rt或温度t有关,即Ig=g(Rt)=S(t)。若事先测得该状态下的Ig-t曲线,或把表头刻上对应温度,即可用它来测量温度。这就是热敏电阻的非平衡电桥测温度原理,Ig-t关系曲线见图5-83。
图5-82中R3用来确定测量下限温度时调节电桥平衡,使电桥在测量下限温度t0下平衡,此时Ig=0,且Ig与VAC无关。滑线变阻器用来改变VAC,通过它可以调节在测量上限温度时需要的电流Ig,当热敏电阻Rt置于上限温度时,调节滑线变阻器,使电流恰好满度,即可确定热敏电阻温度计的测量上限温度。
R4可用来测量热敏电阻Rt处于上限温度时的电阻值Rt上。在Rt置于上限温度时,调好VAC后,将K2拨向1,调R4使uA表再满度。根据替代法原理,有R4等于Rt在上限温度下的阻值,即R4=Rt上。这就是非平衡电桥测量电阻的原理和方法。
B在测温时,可随时把K2打向1,使R4=Rt上,看uA表是否恰为满
度,从而检查VAC是否发生了变化。若uA表不恰好满度,说明VAC
R2R3
已变,只要调节VAC使uA表恢复满度,即可保证VAC恢复原值。 实验器材
CA
稳压电源、微安表、电阻箱、滑线变阻器、热敏电阻、保温杯、
R4
温度计、单刀双掷开关、导线等。
1R1
实验内容 Rt
2K21、按图5-82接线, R1、R2为1k的固定电阻,R3、R4为电阻
D
箱。将K2拨向2,用平衡电桥原理,测出室温下的Rt值和室温,测三次取平均。 ab
2、置Rt于0℃冰水中,用平衡电桥原理,测出Rt在0℃时的阻值。 3、测量热敏电阻温温度特性,制作热敏电阻温度计,测量温度下
K1
E限为0℃,上限为50℃。
(1)将Rt置于0℃的冰水混合物中,调节R3,使Ig=0,确定热敏图5—82 半导体温度计线路 电阻温度计的测量下限温度。
(2)固定R3为0℃时阻值不变, 置Rt于50℃的水中,利用滑线变Ig阻器调节VAC,使Ig指到uA表的满度,确定热敏电阻温度计的测量上限温度。再将K2拨向1,调R4使uA表再满度。此时R4等于50℃时的热敏电阻阻值。记下此时的R4值。
(3)重新将K2拨向2,使水温从50℃开始下降,水温下降过程中,每下降5℃读一次Ig值,同时用替代法测量此时Rt值,一直读到5℃为止,列表记录数据。
4、在直角坐标纸上作Rt-t关系曲线,根据热敏电阻0℃和50℃时
的阻值,计算其材料常数B和室温下的电阻温度系数,分析热敏电阻0t0
t
温度特性,判断是PTC型还是NTC型。
图5—83 Ig-t曲线
5、用自制温度计测量某一温度值,置R2于50℃以下某一温度的热
水中,记下Ig值和水温t。在直角坐标纸上作Ig-t关系曲线,根据某一温度下测出的uA表读数Ig,
|tt'|
在Ig-t关系曲线图上找到相应的温度t,即自制温度计的测量值,计算相对误差 100%。
t
`
实验数据
(1) 室温下的Rt值和室温数据记录
(2)0℃ 。
(4)检验t=23.0℃ Ig53A Rt690.9 数据处理
1、室温下的Rt值和室温
Rt
905.9906.8906.9
906.5
3
SRt
(905.9906.5)2(906.8906.5)2(906.9906.5)20.6
3(31)
仪9000.1%60.5%0.55%0.955 uRt
仪=
0.955
=0.6 Rt0.620.620.8
Rt(906.50.8) B
0.8
100%0.088% 906.5
t
19.119.219.2
19.17C
3
(19.119.17)2(19.219.17)2(19.219.17)2
St0.08C
3(31)ut
仪=0.53
=0.29C
t0.0820.2920.30C
t(19.170.30)C B
0.30
100%1.6% 19.17
2、温度为0℃时
Rt1941.9
电阻箱
10000.01%+9000.1%+400.2%+10.5%+0.95%==0.7 Rt(1941.90.7) B
Rt
100%
0.7
100%0.036%
1941.9
3、根据温度、电流、阻值关系列表可得Igt关系图和Rtt关系图
100
80
Ig(A)
60
40
20
t(C)
Igt关系图
[***********]00
R
t
[1**********]0
t
Rtt关系图
4、由B
T1T2Rt
ln2得
T1T2Rt1
273(27350)1941.9
ln3687.26
50240.0B3687.2620.035
27350TB
由此可知该材料是负温度系数型(NTC)
5、检验t23.0C Ig53A Rt690.9 从Igt关系图上找到相应的温度t23.5C
'
tt't
100%
23.023.5
23
100%2.2%
检验结果表明实验很成功。
实验目的
1、巩固平衡电桥测量电阻的方法。 2、学会利用非平衡电桥测量电阻。 3、测量热敏电阻的温度特性。
4、制作热敏电阻温度计,测量温度。 实验原理
热敏电阻Rt是一种阻值随温度的改变发生显著变化的敏感元件。在工作温度范围内,阻值随温度升高而增加的称为正温度系数(PTC)的热敏电阻,反之称为负温度系数(NTC)的热敏电阻。
1、热敏电阻的温度特性 热敏电阻的电阻率与温度的关系类似于纯半导体,可表示为exp(
E
),式中为T→∞2KT
时的电阻率,设E/2KB,改写上式可得到热敏电阻的电阻温度关系:
TTR11
RT2RT1exp[B()],B12lnT2 (5-19-1)
T1T2RT1T2T1式中RT2是温度为T2(K)时的热敏电阻阻值,RT1是温度为T1(K)时的热敏电阻阻值,B为热敏电阻的材
料常数。热敏电阻的材料常数B是由热敏电阻的组成成分和热处理方法所决定的,它是每一个热敏电阻固有的特性。由于热敏电阻的阻值与温度成非线性关系,定义其电阻温度系数为
dR/R1dRB
2 (5-19-2) dTRdTT
的意义是温度变化1℃时热敏电阻阻值的相对变化率。对于一定材料的热敏电阻,仅是温度
的函数。通过B或可以判断一个热敏电阻是正温度系数型(PTC),还是负温度系数型(NTC)。
2、非平衡电桥原理及应用
在图5-82所示的电桥中,当电桥达到平衡时,Ig=0,R4
R1
R3 ,且电流Ig不受电桥端电压VACR2
的影响。当电桥不平衡时,Ig与电桥的四个臂的阻值,电流计内阻Rg及电桥端电压VAC均有关。对于一个固定的电流计,Rg为定值。如果再固定R1、R2、R3,则Ig只与R4和VAC有关,可记为
Ig=f(VAC,R4)
用热敏电阻Rt代替R4,对于某一温度,Rt为定值R0,于是Ig只与端电压VAC有关,即
Ig=f(VAC)
可以调节VAC使电流计上流过的电流Ig达到指定数值Im(例如满度值),调好后固定VAC。
当温度再改变时,Ig只与Rt或温度t有关,即Ig=g(Rt)=S(t)。若事先测得该状态下的Ig-t曲线,或把表头刻上对应温度,即可用它来测量温度。这就是热敏电阻的非平衡电桥测温度原理,Ig-t关系曲线见图5-83。
图5-82中R3用来确定测量下限温度时调节电桥平衡,使电桥在测量下限温度t0下平衡,此时Ig=0,且Ig与VAC无关。滑线变阻器用来改变VAC,通过它可以调节在测量上限温度时需要的电流Ig,当热敏电阻Rt置于上限温度时,调节滑线变阻器,使电流恰好满度,即可确定热敏电阻温度计的测量上限温度。
R4可用来测量热敏电阻Rt处于上限温度时的电阻值Rt上。在Rt置于上限温度时,调好VAC后,将K2拨向1,调R4使uA表再满度。根据替代法原理,有R4等于Rt在上限温度下的阻值,即R4=Rt上。这就是非平衡电桥测量电阻的原理和方法。
B在测温时,可随时把K2打向1,使R4=Rt上,看uA表是否恰为满
度,从而检查VAC是否发生了变化。若uA表不恰好满度,说明VAC
R2R3
已变,只要调节VAC使uA表恢复满度,即可保证VAC恢复原值。 实验器材
CA
稳压电源、微安表、电阻箱、滑线变阻器、热敏电阻、保温杯、
R4
温度计、单刀双掷开关、导线等。
1R1
实验内容 Rt
2K21、按图5-82接线, R1、R2为1k的固定电阻,R3、R4为电阻
D
箱。将K2拨向2,用平衡电桥原理,测出室温下的Rt值和室温,测三次取平均。 ab
2、置Rt于0℃冰水中,用平衡电桥原理,测出Rt在0℃时的阻值。 3、测量热敏电阻温温度特性,制作热敏电阻温度计,测量温度下
K1
E限为0℃,上限为50℃。
(1)将Rt置于0℃的冰水混合物中,调节R3,使Ig=0,确定热敏图5—82 半导体温度计线路 电阻温度计的测量下限温度。
(2)固定R3为0℃时阻值不变, 置Rt于50℃的水中,利用滑线变Ig阻器调节VAC,使Ig指到uA表的满度,确定热敏电阻温度计的测量上限温度。再将K2拨向1,调R4使uA表再满度。此时R4等于50℃时的热敏电阻阻值。记下此时的R4值。
(3)重新将K2拨向2,使水温从50℃开始下降,水温下降过程中,每下降5℃读一次Ig值,同时用替代法测量此时Rt值,一直读到5℃为止,列表记录数据。
4、在直角坐标纸上作Rt-t关系曲线,根据热敏电阻0℃和50℃时
的阻值,计算其材料常数B和室温下的电阻温度系数,分析热敏电阻0t0
t
温度特性,判断是PTC型还是NTC型。
图5—83 Ig-t曲线
5、用自制温度计测量某一温度值,置R2于50℃以下某一温度的热
水中,记下Ig值和水温t。在直角坐标纸上作Ig-t关系曲线,根据某一温度下测出的uA表读数Ig,
|tt'|
在Ig-t关系曲线图上找到相应的温度t,即自制温度计的测量值,计算相对误差 100%。
t
`
实验数据
(1) 室温下的Rt值和室温数据记录
(2)0℃ 。
(4)检验t=23.0℃ Ig53A Rt690.9 数据处理
1、室温下的Rt值和室温
Rt
905.9906.8906.9
906.5
3
SRt
(905.9906.5)2(906.8906.5)2(906.9906.5)20.6
3(31)
仪9000.1%60.5%0.55%0.955 uRt
仪=
0.955
=0.6 Rt0.620.620.8
Rt(906.50.8) B
0.8
100%0.088% 906.5
t
19.119.219.2
19.17C
3
(19.119.17)2(19.219.17)2(19.219.17)2
St0.08C
3(31)ut
仪=0.53
=0.29C
t0.0820.2920.30C
t(19.170.30)C B
0.30
100%1.6% 19.17
2、温度为0℃时
Rt1941.9
电阻箱
10000.01%+9000.1%+400.2%+10.5%+0.95%==0.7 Rt(1941.90.7) B
Rt
100%
0.7
100%0.036%
1941.9
3、根据温度、电流、阻值关系列表可得Igt关系图和Rtt关系图
100
80
Ig(A)
60
40
20
t(C)
Igt关系图
[***********]00
R
t
[1**********]0
t
Rtt关系图
4、由B
T1T2Rt
ln2得
T1T2Rt1
273(27350)1941.9
ln3687.26
50240.0B3687.2620.035
27350TB
由此可知该材料是负温度系数型(NTC)
5、检验t23.0C Ig53A Rt690.9 从Igt关系图上找到相应的温度t23.5C
'
tt't
100%
23.023.5
23
100%2.2%
检验结果表明实验很成功。