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1、实验5-4热敏电阻的特性与应用热敏电阻由半导体材料制成，它对温度的变化非常敏感。当温度变化1度，金属材料的电阻值仅变化 0.4% ,而热敏电阻值变化可达 3%6%。热敏电阻的体积可以做得很小， 其中RC3型珠状热敏电阻的大小仅与芝麻颗粒的大小相当，其电阻值可以做成几百欧姆到几千欧姆不等。由于热敏电阻具有对温度的反应灵敏高、体积小、热惯性小等优点，因此 它在自动控制、电子技术及测温技术等方面有着广泛的应用。【实验目的】1 .学习用直流电桥测量热敏电阻的温度特性；2 . 了解非平衡电桥在非电量电测中的应用。【实验原理】热敏电阻的基本特性是温度特性。由于热敏电阻是由半导体材料制成的，其中的载流 子数
2、目是随温度的升高按指数规律迅速增加的。载流子数目越多，导电能力越强，其电阻 率也就越小，因此热敏电阻的电阻值随着温度的升高将按指数规律迅速减小。这和金属中 自由电子的导电机制恰好相反，金属中的电阻值是随着温度的上升而缓慢增大的。实验表明在一定温度范围内，半导体的电阻率P和绝对温度T之间的关系为-:e :/T(5-4-1)式中口与P对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料的物理性质有关。因而热敏电阻 的电阻值Rt可以根据电阻定律写为RT = P- =u e 口T = Ae T(5-4-2)ss式中l为两电极间距离，s为热敏电阻的横截面，A=a-os对某一特定电阻而言，A与P均为常数，用实验方法可
3、以测定。为了便于数据处理，将上式两边取对数，则有1ln Rt = - - ln A(5-4-3)T上式表明lnRT与1/T呈线性关系，在实验中只要测得各个温度 T以及对应的电阻 Rt的值， 以1/T为横坐标，ln Rt为纵坐标作图，则得到的图线应为直线， 其斜率为P ,截距为ln Ao【实验仪器】热敏电阻特性与应用实验仪、热敏电阻、电阻箱 (3只)、加热器、烧杯(或恒温箱)、 计算机等。【实验内容】1 .硬件连接（注：以下（1）、（2）两点由实验室事先完成）（1）将插卡插入计算机中的ISA总线插槽（本插卡占用地址为 210H）;（2）将25针D型插头插到插卡对应的插座上；（3）D型插头输出的四
4、根线分别连向各组实验盒面板上的“电桥电位差及测温信号”插孔。各连线均标有组别，如标有“1”字样的表示所连的为第 1组实验（也可由软件改变组别，具体见“实验内容”部分）；（4）面板上的“电桥四臂”插孔与一标有“R”、“R2”、“ R/及连有一热敏电阻（即本实验待测的热敏电阻）的航空插座相连。其中标有“R”、“ R2”、“ R/的三根连线分别与三个电阻箱相连（&所接的电阻箱为比较臂电阻）；（5）将连有一感温探头的二芯插头插入面板上“感温探头”的插座。该探头当“温度计”用，能在计算机上显示它所在环境的温度；（6）将感温探头与待测热敏电阻一同浸入烧杯所盛的水中（水温接近0 P较好）。2 .热敏电阻特性
5、研究运行软件，首先出现如图5-4-1所示的界面，界面上左右两条变化的垂直棒示意着热敏电阻的阻值与温度。“按钮选择”的框架有五个按钮选项，单击其中按钮将进入相应的 系统或完成相应的功能。图5-4-1软件主界面（1）实验组别设定本软件默认的能同时进行的实验组别为14组，若想改变组别，可单击此按钮设定。单击此项，出现如图 5-4-2所示界面，按提示输入相应的数字，假设输入为5,则同时进行的实验组别为 58组，此时连着计算机的标有“1 ”插头的就成为第5组，而连着标有“2”插头的成为第6组，依次类推。实验者根据教师的要求选择相应组别。图5-4-2 输入框（2）数据测量单击此项按钮，出现如图 5-4-3
6、所示界面（此界面的实验组别为 14）,界面上分别标 有“第1组”、“第2组”、“第3组”、“第4组”的四个小窗口分别实时地显示着四组实验 的电桥平衡情况、温度及有关的提示信息。当小窗口中的虚拟检流计指针未指向“0”时,在其下方的文本框中会提示：“现在电桥不平衡！请考虑怎样调节比较臂电阻R0 （参照右边的电桥示意图），实验者根据虚拟检流计的指针位置及界面右上角的电桥示意图， 可容易地分析出应如何调节比较臂阻值。当调节到检流计指针指向0时，会在文本框中报告电桥平衡的消息，如图 5-4-3中的“第2组”窗口所示。图5-4-3右下角各按钮的作用：图5-4-3 实验调节观察窗口 （一）“修改R与R2阻值
7、”按钮：本软件默认的 R与R2阻值都为10kG ,当实际阻值不 为默认值时，需单击此按钮进行修改，单击此按钮会出现相应的对话框，按对话框的提示 操作即可。单击“返回主界面”按钮，切换到图 5-4-1所示界面。单击“做实验报告”按钮，进入做实验报告的系统，详见附录。当某组电桥达平衡时，单击相应“采集数据”的按钮 （现以“第3组采集数据”按钮为例，其余类同），出现图5-4-4所示的对话框，将当前的 Ro阻值输入后，计算机根据 所得的电桥三个臂电阻计算出当前的热敏电阻阻值，与当前的液体温度一起报告在图5-4-5所示的界面上的“实验数据明细表”中，并实时地在RT图上描出对应的一点。图5-4-4 输入框
8、图5-4-5第3组实验采集一次时的界面图第三备 热8,&4,2.1r-981586 一 FI 3-3-3s 17 R- 5 1 E 仃口012 生S12 34 56183给加热器加热，改变液体温度，待升高约5摄氏度时（注意：没必要刻意去要求恰好5摄氏度，否则太费时了，计算机会自动记录下当前具体温度值），细心调节Ro使电桥平衡，计算机将报告第二次测量数据并在图上描出第二个点及两点间的连线，如此每升高5摄氏度左右采集一次，直至液体的温度接近100摄氏度。图5-4-5所示为第三组实验采集了 6次后的屏幕界面图。以上所述为第3组实验的情况，实验操作时，哪组实验的电桥先平衡就单击哪组实验 所对应的采集数
9、据按钮，可混合进行，计算机自动识别不同组别的数据。图5-4-5所示的界面连续停留时间为10秒钟，超过10秒，将自动切换至图5-4-3所示界面。若实3者觉得 10秒时间不合适，可单击图 5-4-5所示界面中的“时间设定”按钮， 会出现一对话框，按对话框提示操作。单击“返回”按钮可立即切换至图5-4-3所示界面。单击“取消本次数据”按钮，自动删除本次在 连续单击该按钮可连续删除最近几次数据及其对应点。RT图中所描的点及所记录的数据，（3）数据处理用作图法求出P和A,写出经验公式 Rt =Ae PT。实验数据表格自行拟定。3 .热敏电阻温度计利用热敏电阻的电阻率随温度升高迅速减少的特性，用图象法标定
10、电桥的两电位差值与温度的关系，根据此关系来测量物体温度，具体方法如下。图5-4-6 实验观察窗口（二）（1）单击图5-4-1所示相应菜单项出现图5-4-6所示界面，该界面实时报告四组的温度及电位差值。将热敏电阻浸入冰水混合物中，调节比较臂电阻R0（必要时也可调节 R或R2）,当电位差指示为“ 0”时，单击相应组的“采集数据”按钮，调零完毕。此时界面如 图5-4-7所示（以第一组为例），屏幕左侧框中报告此时电桥的两电位差值（U1 -U2）和此时的温度，同时在屏幕上的“标定温度计”上标出，单击“返回”菜单条可返回至图5-4-6所示界面。工” 由存H据古4TEP电涡本沾亚福总捅alia *宓1冷搞到
11、枇fit中选回实验名称，热晶电阻温度计选做班舞 姓名：| 字号 同里实验者I曰期：试卸 电位正幅度，原理晟0.0.0.上=LDQhr to?1Huu2S. L .asv 铝f l(j-ri Op ehity -g 3 fta 44ZY- 口gq g 3 nocnryLU也也裳当我叱阻|士手心温度工|明器帮时图5-4-7采集数据及实验报告界面右采集一次，约采集 10次时温度接近图5-4-8 报告框（2）调零完毕后，加热热敏电阻所浸液体，每升高5摄氏度左右，单击“采集数据”按钮（注意此期间不可改变 R、R2及R0的阻值）。每单击一次都会出现图 5-4-8所示的界面, 并在左侧框及“标定温度计”中增
12、加一信息：当时的电位差值和温度。若需要删除本次数 据的，单击“取消本次数据”按钮，将自动删除本次所记录的数据及其在标定温度计中所对应的标志（连续单击该按钮可连续删除最近几次数据及其对应标志）。每升高5摄氏度左50摄氏度，标定完成。实验者根据图5-4-7所示的左边框中所报告的数据在方格纸上作出U T图线。至此，实验者可用标定的温度计或 U T图中 的曲线图来测量温度了。 把热敏电阻Rt放在需测温 的环境中（如手心、空气、某液体等），单击“测温” 菜单项，即出现图5-4-8所示的报告框。根据报告框 中的数据可在标定温度计上或在 U T图中读出对 应的温度值，并在图5-4-7所示的“测量结果”中的 填入相应数据。实验数据表格自行拟定。