热敏电阻特性研究 、原理 温度是影响材料电阻率的因素。金属的电阻率随温度升高而增大,电阻温度系数为正值,在一定温度 范围内存在线性关系P(1)=P。(1+am),大多数纯金属的电阻温度系数a约为0004/℃。而大多数绝缘 料材料和半导体则具有负的电阻温度系数,可以这样定性解释:随着温度升高,会有更多的电子从价带或 杂质能带跃迁到导带,产生了更多能参与导电的载流子(电子或空穴)。载流子浓度增加使导电能力增强, 电阻率迅速下降。尤其半导体材料α绝对值比金属大几百倍,有着极其灵敏的电阻温度效应。用它们(例 如Fe3O4、徳gCo4等)制成的热敏电阻是性能良好的温度传感元件,可以制作成半导体温度计、湿度计 气压计、微波功率计等等测量仪表,并广泛应用于工业自动控制。在一定的工作温度范围内,热敏电阻满 足R=Re%, =Aer,式中Rr和R分别为温度TK和TK下的电阻,A和B都是与材料物理性质 有关的常数,B称作热敏电阻常数,与电阻温度系数a的关系为a=dRB RdTT2° 、仪器与器材 计算机实时测量系统(温度传感器)和二个电压传感器、待测热敏电阻、加热器及升温容器、电路板 与导线、1009采样电阻。 、实验内容 研究热敏电阻的电阻温度特性,测定热敏电阻常数B及25℃时的α值。要求作出(屏显)Rr~T图和 lnRr~图 四、实验步骤 自拟步骤。注意热敏电阻与温度传感器应紧贴在一起,升温要慢些,且不可超过热敏电阻允许的最高 温度。 五、思考题 (1)流过热敏电阻的电流会引起电阻自身发热,这对实验结果有什么影响?如何减少这种影响? (2)试根据实验测得的电阻温度特性设计一个用该热敏电阻作为传感元件的自动恒温箱装置,要求恒 温在40±3℃ 六、参考资料 大学物理实验.中国科大普物实验室编.中国科大出版社
- 1 - 热敏电阻特性研究 一、原理 温度是影响材料电阻率的因素。金属的电阻率随温度升高而增大，电阻温度系数为正值，在一定温度 范围内存在线性关系 (t) (1 t) = o + ，大多数纯金属的电阻温度系数 约为 0.004/ ℃。而大多数绝缘 料材料和半导体则具有负的电阻温度系数，可以这样定性解释：随着温度升高，会有更多的电子从价带或 杂质能带跃迁到导带，产生了更多能参与导电的载流子（电子或空穴）。载流子浓度增加使导电能力增强， 电阻率迅速下降。尤其半导体材料 绝对值比金属大几百倍，有着极其灵敏的电阻温度效应。用它们（例 如 Fe3o4、MgCr2o4 等）制成的热敏电阻是性能良好的温度传感元件，可以制作成半导体温度计、湿度计、 气压计、微波功率计等等测量仪表，并广泛应用于工业自动控制。在一定的工作温度范围内，热敏电阻满 足 T B T T B RT = R e = Ae − ) 1 1 ( 0 0 ，式中 RT和 R0 分别为温度 TK 和 T0 K 下的电阻，A 和 B 都是与材料物理性质 有关的常数，B 称作热敏电阻常数，与电阻温度系数 的关系为 2 1 T B dT dR R = = − 。 二、仪器与器材 计算机实时测量系统（温度传感器）和二个电压传感器、待测热敏电阻、加热器及升温容器、电路板 与导线、100 采样电阻。 三、实验内容 研究热敏电阻的电阻温度特性，测定热敏电阻常数 B 及 25℃时的 值。要求作出（屏显）RT ~ T 图和 T l nRT 1 ~ 图。 四、实验步骤 自拟步骤。注意热敏电阻与温度传感器应紧贴在一起，升温要慢些，且不可超过热敏电阻允许的最高 温度。 五、思考题 （1） 流过热敏电阻的电流会引起电阻自身发热，这对实验结果有什么影响？如何减少这种影响？ （2） 试根据实验测得的电阻温度特性设计一个用该热敏电阻作为传感元件的自动恒温箱装置，要求恒 温在 40±3℃。 六、参考资料 大学物理实验. 中国科大普物实验室编. 中国科大出版社
实验步骤与图形数据处理要点提示 Datastudio 1.按电路图连线。温度传感器连接到SW750接口盒模拟信号通道A,2个电压传感器分别连接到通道 启动 Datastudio,选择温度传感器(RID),设置取样频率10Hz,测量数据变量选择温度(℃)、温 度(K),通道A 3.选择第一个电压传感器用以测量热敏电阻两端电压,取样频率10Hz,测量数据为电压,B通道:选 择第二个电压传感器用测量1009采样电阻两端电压以得到电流I,取样频率10Hz,测量数据电压,C通 道 4.设置取样选项为手动取样,仅在得到命令时保留数据。 5.设置SW750接口盒电压输出为直流,由工作电流合理取值设定直流输出电压幅值。 6.利用“计算(器)”建立新变量:I=x*1000/100,自变量x定义为测量数据列表中的电压,通道 C,单位mA:R=x*1000/1,定义I为列表中的l,x为电压,通道B,单位Ω,定义新变量名称为电 阻R:建立=1/x,定义x为温度(K),通道A,新变量名称;hR=l(x),其中()由“科学 记法”列表中选取,自变量x定义为测量数据列表中的R,新变量名称hR 7.设置图形包括温度(℃)一时间、R一T、hR-亠图;设置表格电阻R一温度(℃)。 8.设置数字表测量水温度(℃)。逐次加入热水并搅拌混合,当数字表显示较稳定时,点击“保留”按 钮,从而依次自动记录各点数据 9.对R一T图中光滑弯曲的一段曲线作自然指数拟合,对lR-二图中直线一段作线性拟合,求出 热敏电阻常数B,标于图上,并计算电阻温度系数a(取25℃时数值)。 10.(选做)测量水温由较高逐渐降低过程中R一T、lR-曲线求B 数据记录参考表格 a(25℃)= T(℃) T (K) R(Q) In r
- 2 - 实验步骤与图形数据处理要点提示 Datastudio 1．按电路图连线。温度传感器连接到 SW750 接口盒模拟信号通道 A，2 个电压传感器分别连接到通道 B、C。 2. 启动 Datastudio，选择温度传感器（RTD），设置取样频率 10Hz，测量数据变量选择温度（℃）、温 度（K），通道 A。 3. 选择第一个电压传感器用以测量热敏电阻两端电压，取样频率 10Hz，测量数据为电压，B 通道；选 择第二个电压传感器用测量 100Ω采样电阻两端电压以得到电流 I，取样频率 10Hz，测量数据电压，C 通 道。 4. 设置取样选项为手动取样，仅在得到命令时保留数据。 5. 设置 SW750 接口盒电压输出为直流，由工作电流合理取值设定直流输出电压幅值。 6. 利用“计算（器）”建立新变量：I = x1000/100 ，自变量 x 定义为测量数据列表中的电压，通道 C，单位 mA； R = x1000/ I ，定义 I 为列表中的 I，x 为电压，通道 B，单位Ω，定义新变量名称为电 阻 R；建立 x T 1/ 1 = ，定义 x 为温度（K），通道 A，新变量名称 T 1 ； ln R = ln( x) ，其中 ln( ) 由“科学 记法”列表中选取，自变量 x 定义为测量数据列表中的 R，新变量名称 ln R 。 7. 设置图形包括温度（℃）— 时间、R — T、 T R 1 ln − 图；设置表格电阻 R — 温度（℃）。 8. 设置数字表测量水温度（℃）。逐次加入热水并搅拌混合，当数字表显示较稳定时，点击“保留”按 钮，从而依次自动记录各点数据。 9. 对 R — T 图中光滑弯曲的一段曲线作自然指数拟合，对 T R 1 ln − 图中直线一段作线性拟合，求出 热敏电阻常数 B，标于图上，并计算电阻温度系数 （取 25℃时数值）。 10. （选做）测量水温由较高逐渐降低过程中 R — T、 T R 1 ln − 曲线求 B。 数据记录参考表格 B = （25℃）= T（℃） T（K） R（Ω） ln R T 1