试验原理
热敏电阻一般是用半导体资料制成的,它的电阻随温度改变而急剧改变。热敏电阻分为负温度系数(NTC)热敏电阻和正温度系数(PTC)热敏电阻两种。NTC热敏电阻的体积很小,其阻值随温度改变比金属电阻要活络得多,因此,它被广泛用于温度丈量、温度操控以及电路中的温度补偿、时间延迟等。PTC热敏电阻分为陶瓷PTC热敏电阻及有机资料PTC热敏电阻两类。PTC热敏电阻是20世纪80年代初开展起来的一种新式资料电阻器,它的特色是存在一个“骤变点温度”,当这种资料的温度超越骤变点温度时,其阻值可急剧添加5-6个数量级,(例如由101Ω急增到107Ω以上),因此具有极端广泛的使用价值。
近年来,我国在PTC热敏电阻器件开发与使用方面有了很大开展,陶瓷PTC热敏电阻因为其作业功率较大及耐高温性好,已被使用于工业机械、冰箱等作电流过载维护,并可代替镍铬电热丝作恒温加热器和控温电路,用于自热式电蚊香加热器、新式主动控温烘干机、各种电加热器等一系列安全可靠的家用电器;而有机资料PTC的热敏电阻具有动作时间短、体积小、阻值低一级特色,现已被用于国内电话程控交换机、便携式电脑、手提式无绳电话等高科技领域作过载维护,使用规模很广。
本试验用温度计和直流电桥测定热敏电阻器与温度的联系,要求把握NTC热敏电阻器的阻值与温度的联系特性、并学会经过数据处理来求得经历公式的办法。
1. 负温度系数热敏电阻器的电阻-温度特性
NTC热敏电阻一般由Mg、Ni、Cr、Co、Fe、Cu等金属氧化物中的2-3种均匀混合限制后,在600-1500oC温度下烧结而成,由这类金属氧化物半导体制成的热敏电阻,具有很大的负温度系数。在必定的温度规模内,NTC热敏电阻的阻值与温度联系满意下列经历公式:
式中,R为该热敏电阻在热力学温度T时的电阻值,R0为热敏电阻处于热力学温度T0时的阻值。B是资料常数,它不只与资料性质有关,并且与温度有关,在一个不太大的规模内,B是常数。
由(1)式可求得,NTC热敏电阻在热力学温度T0时的电阻温度系数α
由(2)式可知,NTC热敏电阻的电阻温度系数是热力学温度的平方有关的量,在不同温度下,α值不相同。
对(1)式两头取对数,得
在必定温度规模内,成线性联系,能够用作图法或 最小二乘法求得斜率B的值。并由(2)式求得某一温度时NTC热敏电阻的电阻温度系数α。
2. 正温度系数热敏电阻器的电阻-温度特性 (选做内容) PTC热敏电阻具有共同的电阻-温度特性,这一性质是因为其微观结构决议的。当温度升高超越PTC热敏电阻骤变点温度时,其资料结构发生了骤变,它的电阻值有显着改变,能够从10一次方Ω改变到10的七次方Ω,PTC热敏电阻的温度大于骤变点温度时的阻值随温度改变契合如下经历公式:
其间,T为样品的热力学温度,T0为初始温度,R为样品在温度T时的电阻值,R0为样品在温度T0时的电阻值,A的值在某一规模内近似为常数。
对陶瓷PTC热敏电阻,在小于骤变点温度时,电阻与温度联系满意(1)式,为负温度系数性质,在大于骤变点温度时,满意(3)式,为正温度系数热敏电阻,此骤变点温度常称为居里点。而对有机资料PTC热敏电阻,在骤变点温度上下均为正温度系数性质,可是其常数A也在骤变点发生了骤变,即A值在温度高于骤变点后显着激增。
试验设备
本试验器件包恒温器、搅拌器、温度计、热敏电阻、小试管、电阻箱三只、干电池一节、检流计等。热敏电阻放置在可变温度的恒温器中,用温度计丈量温度。将电阻箱、干电池、检流计用连接线接成电桥,测出热敏电阻的阻值。
试验内容和过程
1.把NTC热敏电阻和玻璃温度计一同插在盛有变压器油的玻璃小试管内,试管置于盛有水的可控恒温槽中,当NTC热敏电阻、玻璃温度计和水温到达平衡时,用玻璃温度计测出NTC热敏电阻的温度θ,如图所示的电路丈量NTC热敏电阻的阻值R0(留意:热敏电阻的电流应小于300μA, 防止热敏电阻自己发热对试验丈量的影响。此刻直流电桥臂往往不能严厉取1:1份额,直流电源最大取1.5V)
2.先测出室温时(将NTC热敏电阻和温度计等刺进室温水中)温度θ和NTC热敏电阻阻值R0.然后逐渐添加恒温槽温度,每逢温度到达稳守时,丈量相应的一组θi与Ri的值。要求温度从70oC规模内测出8-10组数据。用公式T=273.15+θ,将摄氏温度θ换算成热力学温度T.
3. 用最小二乘法求出温度在室温70oC规模内的资料常数B.
4.用公式(2)核算NTC热敏电阻在温度θ=50.0oC时的电阻温度系数。
试验数据例
电桥臂RA、RB是标准为0.1级0-9999Ω的电阻箱,调理电阻Rs 为0.1级0-9999.9Ω的电阻箱,电源为1.5V.在室温至70oC规模内,电阻值大于9000Ω。所以满意RT+Rs≥5000Ω,即经过RT热敏电阻电流小于300μA要求。