1、掌握非平衡电桥的工作原理。
2、了解金属导体的内阻随气温变化的规律。
3、了解热敏内阻的内阻值与气温的关系。
4、学习用非平衡电桥测定内阻气温系数的方式。
三、仪器:
1、热敏内阻。
2、数字万用表。
3、ZX-21型内阻箱。
4、滑线变阻器。
5、固定内阻器。
6、水浴锅。
7、温度计。
8、直流稳压电源等。
四、原理:
热敏内阻由半导体材料制成,是一种敏感器件。其特征是在一定的湿度范围内,它的内阻率Tρ随气温T的变化而明显地变化,因此能直接将体温的变化转换为电量的变化。通常半导体热敏内阻随气温下降内阻率增长,称为负气温系数热敏内阻(简称“NTC”元件,其阻值率Tρ随热力学气温T的关系为TBTeA/0=ρ…(5,式中0A与B为常数,由材料的化学性质决定。
也有些半导体热敏内阻,比如锰酸钡掺入微量稀土元素,采用陶瓷制造工艺焙烧而成的热敏内阻在气温下降到某特定范围(居里点时,内阻率会大幅上升,称为正气温系数热敏内阻(简称“PTC”元件。其阻值率的气温特点为:
BTe
A?'=ρρ…(6,式中A'、ρ
B为常数,由材料化学性质决定。
在本实验中我们使用的是负气温系数的热敏内阻。对于截面均匀的“NTC”元件,电阻TR由下式表示:TBT
TeS
ASlR/0==ρ(7
,式中l为热敏内阻两极间的距离,S为热敏内阻横截面积。令S
AA0
=,则有:TBTAeR/=…(8,上式说明负气温系数热敏内阻的电阻随气温下降按指数规律增长,如图2所示,可见其对气温的敏感程度比金属内阻等其它感温器件要高得多。因为具有上述性质,热敏内阻被广泛应用于精密测温和手动温控电路中。对(8式两侧取对数,得
ATB
RTln1ln+=…(9,可见TRln与T
1成线性关系导体电阻的测量实验报告,若从实验中测得若干个TR和对
应的T值,通过画图法可求出A(由截距Aln求出和B(即斜率。
半导体材料的激活能BkE=,式中k为玻耳兹曼常数(.1-?=kJ/K,将B与
k值代入可求出E。按照内阻气温系数的定义:dT
dRRdTdT
TTT11=
ρρα…
(10,将(8式代入可求出热敏内阻的内阻气温系数:2T
B-=α…(11,对给定材料的热敏内阻,在测得B值后,可求出该气温下的内阻气温系数。
五、步骤:
1、热敏体温计定标:①如图连接线路(接线时不要打开电源,其中xR为热敏内阻,3R为试验中给出的总电阻为1750Ω的滑动变阻器。将xR放在水浴锅中,注意
不能接触水浴锅的壁和底。②调节1R为1000Ω,2R为100Ω,3R大概处在1500Ω的位置,打开直流稳压电源,调节电源电流为2V,数字万用表放在2mA档(先不
要打开水浴锅电源。③从Ig=0时开始检测。调节Ig=0后,先将水浴锅设于“测温”,再打开水浴锅电源,马上记录下此时气温显示值t。④将水浴锅设于"设定",
旋转"气温设定"旋钮至90C。
,水浴锅开始对热敏内阻加热.记录10组不同水温t下的Ig,每隔5C。
测一次导体电阻的测量实验报告,得到热敏内阻的定标曲线t-Ig.2、利用已记录的Ig,把热敏内阻换成内阻箱,通过调节阻值箱的电阻,使数字万用表显示相应的Ig,因而测出对应的tR,得到tR-t曲线,并按照数据组(tR,T,对exp(/tRabT=进行变量变换,弄成表达式
Y=A+BX方式,借助最小二加法拟合得到具体热敏内阻的特点参数a、b。
3、由求得的B,估算相应气温下的热敏内阻的气温系数。
六、记录:
七、数据处理:
exp(/tRabT=→bT
tRa=→lnln
tbRaT
=+令lntYR=,1
XT
得lnYabX=+由上表中的数据可估算出a=0.01746,b=3892.81由2=
ttdRb
RdTT
α=-得到以上α值。