1、掌握非平衡電橋的工作原理。
2、了解金屬導體的內阻隨氣溫變化的規律。
3、了解熱敏內阻的內阻值與氣溫的關系。
4、學習用非平衡電橋測定內阻氣溫系數的方式。
三、儀器:
1、熱敏內阻。
2、數字萬用表。
3、ZX-21型內阻箱。
4、滑線變阻器。
5、固定內阻器。
6、水浴鍋。
7、溫度計。
8、直流穩壓電源等。
四、原理:
熱敏內阻由半導體材料制成,是一種敏感器件。其特征是在一定的濕度范圍內,它的內阻率Tρ隨氣溫T的變化而明顯地變化,因此能直接將體溫的變化轉換為電量的變化。通常半導體熱敏內阻隨氣溫下降內阻率增長,稱為負氣溫系數熱敏內阻(簡稱“NTC”元件,其阻值率Tρ隨熱力學氣溫T的關系為TBTeA/0=ρ…(5,式中0A與B為常數,由材料的化學性質決定。
也有些半導體熱敏內阻,比如錳酸鋇摻入微量稀土元素,采用陶瓷制造工藝焙燒而成的熱敏內阻在氣溫下降到某特定范圍(居里點時,內阻率會大幅上升,稱為正氣溫系數熱敏內阻(簡稱“PTC”元件。其阻值率的氣溫特點為:
BTe
A?'=ρρ…(6,式中A'、ρ
B為常數,由材料化學性質決定。
在本實驗中我們使用的是負氣溫系數的熱敏內阻。對于截面均勻的“NTC”元件,電阻TR由下式表示:TBT
TeS
ASlR/0==ρ(7
,式中l為熱敏內阻兩極間的距離,S為熱敏內阻橫截面積。令S
AA0
=,則有:TBTAeR/=…(8,上式說明負氣溫系數熱敏內阻的電阻隨氣溫下降按指數規律增長,如圖2所示,可見其對氣溫的敏感程度比金屬內阻等其它感溫器件要高得多。因為具有上述性質,熱敏內阻被廣泛應用于精密測溫和手動溫控電路中。對(8式兩側取對數,得
ATB
RTln1ln+=…(9,可見TRln與T
1成線性關系導體電阻的測量實驗報告,若從實驗中測得若干個TR和對
應的T值,通過畫圖法可求出A(由截距Aln求出和B(即斜率。
半導體材料的激活能BkE=,式中k為玻耳茲曼常數(.1-?=kJ/K,將B與
k值代入可求出E。按照內阻氣溫系數的定義:dT
dRRdTdT
TTT11=
ρρα…
(10,將(8式代入可求出熱敏內阻的內阻氣溫系數:2T
B-=α…(11,對給定材料的熱敏內阻,在測得B值后,可求出該氣溫下的內阻氣溫系數。
五、步驟:
1、熱敏體溫計定標:①如圖連接線路(接線時不要打開電源,其中xR為熱敏內阻,3R為試驗中給出的總電阻為1750Ω的滑動變阻器。將xR放在水浴鍋中,注意
不能接觸水浴鍋的壁和底。②調節1R為1000Ω,2R為100Ω,3R大概處在1500Ω的位置,打開直流穩壓電源,調節電源電流為2V,數字萬用表放在2mA檔(先不
要打開水浴鍋電源。③從Ig=0時開始檢測。調節Ig=0后,先將水浴鍋設于“測溫”,再打開水浴鍋電源,馬上記錄下此時氣溫顯示值t。④將水浴鍋設于"設定",
旋轉"氣溫設定"旋鈕至90C。
,水浴鍋開始對熱敏內阻加熱.記錄10組不同水溫t下的Ig,每隔5C。
測一次導體電阻的測量實驗報告,得到熱敏內阻的定標曲線t-Ig.2、利用已記錄的Ig,把熱敏內阻換成內阻箱,通過調節阻值箱的電阻,使數字萬用表顯示相應的Ig,因而測出對應的tR,得到tR-t曲線,并按照數據組(tR,T,對exp(/tRabT=進行變量變換,弄成表達式
Y=A+BX方式,借助最小二加法擬合得到具體熱敏內阻的特點參數a、b。
3、由求得的B,估算相應氣溫下的熱敏內阻的氣溫系數。
六、記錄:
七、數據處理:
exp(/tRabT=→bT
tRa=→lnln
tbRaT
=+令lntYR=,1
XT
得lnYabX=+由上表中的數據可估算出a=0.01746,b=3892.81由2=
ttdRb
RdTT
α=-得到以上α值。