摘要：热敏内阻是电阻对气温变化特别敏感的一种半导体内阻，具有许多奇特的优点和用途，在手动控制、无线电子技术、遥控技术及测温技术等方面有着广泛的应用。本实验通过用电桥法来研究热敏阻值的内阻气温特点，加深对热敏内阻的内阻气温特点的了解。
关键词：热敏内阻、非平衡直流电桥、电阻气温特点
1、引言
热敏内阻是按照半导体材料的浊度率与气温有很强的依赖关系而制成的一种元件，其阻值气温系数通常为（-0.003~+0.6）℃-1。为此，热敏内阻通常可以分为:
Ⅰ、负内阻气温系数（简称NTC）的热敏内阻器件
常由一些过渡金属氧化物（主要用铜、镍、钴、镉等氧化物）在一定的焙烧条件下产生的半导体金属氧化物作为基本材料制成的，近些年还有单晶硅半导体等材料制成。国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏内阻。因为组成这类热敏内阻的上述过渡金属氧化物在温度范围内基本已全部电离，即自旋含量基本上与气温无关，因而这类热敏阻值的内阻率随气温变化主要考虑迁移率与气温的关系，随着气温的下降，迁移率降低，内阻率增长。大多应用于测温温控技术，还可以制成流量计、功率计等。
Ⅱ、正阻值气温系数（简称PTC）的热敏内阻器件
常用锰酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺，低温烤制而成。这类热敏内阻的内阻率随气温变化主要依赖于自旋含量，而迁移率随气温的变化相对可以忽视。自旋数量随气温的下降呈指数降低，自旋数量越多，内阻率越小。应用广泛，除测温、控温，在电子线路中作湿度补偿外，还制成各种加热器，如电吹风等。
2、实验装置及原理
【实验装置】
FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥，FQJ非平衡电桥加热实验装置（加热炉外置MF51型半导体热敏内阻（2.7kΩ）以及温控用的气温传感），连接线若干。
【实验原理】
按照半导体理论，通常半导体材料的阻值率和绝对湿度之间的关系为
（1—1）
式中a与b对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料的化学性质有关。因此热敏内阻的内阻值可以按照内阻定理写为
（1—2）
式中为两电极宽度离，为热敏内阻的横截面，。
对某一特定内阻而言，与b均为常数，用实验方式可以测定。为了易于数据处理，将上式两侧取对数，则有
（1—3）
上式表明与呈线性关系，在实验中只要测得各个气温以及对应的内阻的值，
以为横座标，为纵座标画图，则得到的图线应为直线，可用图解法、计算法或最小二加法求出参数a、b的值。
热敏内阻的内阻气温系数下式给出
（1—4）
从上述方式求得的b值和温度代入式（1—4），就可以算出温度时的内阻气温系数。
热敏内阻在不同水温时的内阻值，可由非平衡直流电桥测得。非平衡直流电桥原理图如下图所示，B、D之间为一负载内阻，只要测出，就可以得到值。
当负载内阻→，即电桥输出处于开
路状态时，=0，仅有电流输出，用表示，当时，电桥输出=0，即电桥处于平衡状态。为了检测的确切性，在检测之前，电桥必须预调平衡，这样可使输出电流只与某一臂的内阻变化有关。
若R1、R2、R3固定，R4为待测内阻，R4=RX，则当R4→R4+△R时，因电桥不平衡而形成的电流输出为：
（1—5）
在检测MF51型热敏内阻时，非平衡直流电桥所采用的是卧式电桥，，且，则
（1—6）
式中R和均为预调平衡后的内阻值，测得电流输出后，通过式（1—6）运算可得△R，进而求的=R4+△R。
3、热敏阻值的阻值气温特点研究
依据表中学MF51型半导体热敏内阻（2.7kΩ）之内阻~气温特点研究桥式电路，并设计各臂内阻R和的值，以确保电流输出不会溢出（本实验=1000.0Ω，=4323.0Ω）。
按照桥式，预调平衡，将“功能转换”开关旋至“电压“位置，按下G、B开关，打开实验加热装置升温，每隔2℃测1个值，并将检测数据列表（表二）。
表一MF51型半导体热敏内阻（2.7kΩ）之内阻～温度特点
室温℃253035404550556065
内阻Ω2700222518701573134111601000868748
表二非平衡电桥电流输出方式（卧式）检测MF51型热敏内阻的数据
i12345678910
室温t℃10.412.414.416.418.420.422.424.426.428.4
热力学TK283.4285.4287.4289.4291.4293.4295.4297.4299.4301.4
0.0-12.5-27.0-42.5-58.4-74.8-91.6-107.8-126.4-144.4
0.0-259.2-529.9-789-1027.2-124.8-1451.9-1630.1-1815.4-1977.9
4323.04063.83793.13534.03295.83074.92871.12692.92507.62345.1
依据表二所得的数据做出～图，如下图所示。运用最小二加法估算所得的线性多项式为，即MF51型半导体热敏内阻（2.7kΩ）的内阻～温度特点的物理表达式为。
4、实验结果偏差
通过实验所得的MF51型半导体热敏阻值的内阻—温度特点的物理表达式为。按照所得表达式估算出热敏内阻的内阻～温度特点的检测值，与表一所给出的参考值有较好的一致性，如下表所示：
表三实验结果比较
室温℃253035404550556065
参考值RTΩ2700222518701573134111601000868748
检测值RTΩ2720223819001587140812321074939823
相对偏差%0.740.581.600.894.996.207.408.1810.00
从上述结果来看，基本在实验偏差范围之内。但我们可以清楚的发觉导体电阻的测量实验报告，随着气温的下降，内阻值变小，而且相对偏差却在变大，这主要是由肺热效应而造成的。
5、内热效应的影响
在实验过程中，因为借助非平衡电桥检测热敏内阻时总有一定的工作电压通过，热敏内阻的内阻值大，容积小，潜热量小，因而焦耳热将迅速使热敏内阻形成稳定的低于外界气温的附加肺热温升，这就是所谓的肺热效应。在确切检测热敏内阻的气温特点时，必须考虑肺热效应的影响。本实验不作进一步的研究和阐述。
6、实验小结
通过实验，我们很显著的可以发觉热敏内阻的电阻对气温的变化是十分敏感的，但是随着气温上升，其阻值值呈指数关系升高。因此可以借助内阻—温度特点制成各种传感导体电阻的测量实验报告，可使微小的气温变化转变为阻值的变化产生大的讯号输出，非常易于高精度检测。又因为器件的容积小，形状和封装材料选择性广，非常易于低温、高湿、振动及热冲击等环境下作温温度传感，可应用与各类生产作业，开发潜力十分大。