热敏电阻温度特性及热敏电阻温度计的设计.doc

热敏电阻温度特性及热敏电阻温度计的设计热敏电阻是对温度变化表现出非常敏感的一种半导体电阻元件,它能测量出温度的微小变化,并且体积小,工作稳定,结构简单。因此,它在测温技术、无线电技术、自动化和遥控等方面都有广泛的应用。利用热敏电阻作为感温元件,并且配有温度显示装置的温度仪表称为热敏电阻温度计。热敏电阻能把温度信号变成电信号,从而实现了非电量的测量。值得提出的是,电量测量是现代测量技术中最简便的测量技术,不仅测量装置简单、造价低、灵敏度高、而且容易实现自动化控制,是测量技术的一个重要的发展趋势。【实验目的】、了解负温度系数热敏电阻的温度特性4、设计和安装一台热敏电阻温度计,并对这台温度计的测量误差进行测试和评价【实验原理】内容1热敏电阻的温度特性1、测量原理热敏电阻的基本特性是它的温度特性,许多材料的电阻随温度的变化而发生变化,纯金属和许多合金的电阻随温度增加而增加,它们具有正的电阻温度系数。另外像炭、玻璃、硅和锗等材料的电阻随温度的增加而减小,具有负的电阻温度系数。在半导体中原子核对价电子的约束力要比金属中大,因而自由载流子数少,故半导体的电阻率较大而纯金属的电阻率较小。由于半导体中载流子数目是随着温度的升高而按指数规律急剧增加,载流子越多,导电能力越强,电阻率就越小,因此半导体热敏电阻的阻值随着温度的升高电阻率将按指数规律减少。如温度由变至时,由铂丝材料制成的电阻,其阻值变化10倍左右;而热敏电阻的阻值在上述温度变化相同的情况下变化可达到倍。实验表明,在一定温度范围内,半导体材料的电阻率和绝对温度T的关系可表示为:其中、b为常数,仅与材料的物理性质有关。由欧姆定律得热敏电阻的阻值:(1)上式中令、S、L分别为热敏电阻的横截面积和电极间的距离。对式(1)取对数有:或写作(线性变化关系)式中,改变被测样品的温度,分别测出不同的温度T以及对应的值,重复7—10次,可用图解法、计算法或最小二乘法求出A、a、b值。2、测量电路测量电路如图a所示,利用惠斯通电桥测定被测样品在不同温度下的阻值,由电路平衡可知,被测样品的电阻为:在用实验测量热敏电阻时,不能单独构成一桥臂,应按照图b所示的电路。适当选取、和,使得桥路的电阻变化关系在测量范围之内,并使所在桥臂总电阻的变化很小,且使检流计的偏转与温度的变化尽量呈线性关系。3、实验内容:热敏电阻的温度特性研究,通过电路进行测量求出a、b值。图b(1)按图a实验装置接好电路,安装仪器。(2)在容器内盛入水,开启直流电源开关,—;对水加热,使水温逐渐上升,温度由水银温度计读出。热敏电阻的两条引出线连接到惠斯通电桥的待测电阻的两接线柱上。(3)测试的温度从20℃开始,每增加5℃,测量电阻阻值,直到60℃止。热敏电阻温度计的设计1、、负温度系数型及开关型三大类。其中负温度系数热敏电阻其以锰、钴、铜和铝等金属氧化物为主要原料,采用陶瓷工艺制成。这些金属氧化物都具有半导体性质,温度低时,载流子数目小,因此阻值高;温度高时,载流子数目急剧增加,因此阻值急剧下降,如图1所示,其方程可表示为:(1)