热敏电阻温度传感器的设计与调试实验报告思考题.pdfVIP

热敏电阻温度传感器的设计与调试实验

报告思考题

大学热敏电阻实验报告

大学热敏电阻实验报告

摘要：热敏电阻是阻值对温度变化

非常敏感的一种半导体电阻，具有许多

独特的优点和用途，在自动控制、无线

电子技术、遥控技术及测温技术等方面

有着广泛的应用。本实验通过用电桥法

来研究热敏电阻的电阻温度特性，加深

对热敏电阻的电阻温度特性的了解。

关键词：热敏电阻、非平衡直流电

桥、电阻温度特性

1、引言

热敏电阻是根据半导体材料的电导

率与温度有很强的依赖关系而制成的一

种器件，其电阻温度系数一般为

（-0.003~+0.6）℃-1。因此，热敏电阻一

般可以分为:

Ⅰ、负电阻温度系数（简称NTC）

的热敏电阻元件

常由一些过渡金属氧化物（主要用

铜、镍、钴、镉等氧化物）在一定的烧

结条件下形成的半导体金属氧化物作为

基本材料制成的，近年还有单晶半导体

等材料制成。国产的主要是指

MF91~MF96型半导体热敏电阻。由于组

成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物

在室温范围内基本已全部电离，即载流

子浓度基本上与温度无关，因此这类热

敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁

移率与温度的关系，随着温度的升高，

迁移率增加，电阻率下降。大多应用于

测温控温技术，还可以制成流量计、功

率计等。

Ⅱ、正电阻温度系数（简称PTC）的

热敏电阻元件

常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡

等或稀土元素采用陶瓷工艺，高温烧制

而成。这类热敏电阻的电阻率随温度变

化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随

温度的变化相对可以忽略。载流子数目

随温度的升高呈指数增加，载流子数目

越多，电阻率越小。应用广泛，除测温、

控温，在电子线路中作温度补偿外，还

制成各类加热器，如电吹风等。

2、实验装置及原理

【实验装置】

FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥，

FQJ非平衡电桥加热实验装置（加热炉内

置MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）以

及控温用的温度传感器），连接线若干。

【实验原理】

根据半导体理论，一般半导体材料

的电阻率和绝对温度之间的关系为

（1—1）

式中a与b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可以根据电阻

定律写为

（1—2）

式中为两电极间距离，为热敏电

阻的横截面，。

对某一特定电阻而言，与b均为常

数，用实验方法可以测定。为了便于数

据处理，将上式两边取对数，则有

（1—3）

上式表明与呈线性关系，在实验

中只要测得各个温度以及对应的电阻

的值，以为横坐标，为纵坐标作图，

则得到的图线应为直线，可用图解法、

计算法或最小二乘法求出参数a、b的

值。

热敏电阻的电阻温度系数下式给

出

（1—4）

从上述方法求得的b值和室温代入

式（1—4），就可以算出室温时的电阻温

度系数。热敏电阻在不同温度时的电

阻值，可由非平衡直流电桥测得。非平

衡直流电桥原理图如右图所示，B、D之

间为一负载电阻，只要测出，就可以

得到值。

当负载电阻→，即电桥输出处于

开

路状态时，=0，仅有电压输出，用

表示，当时，电桥输出=0，即电桥处

于平衡状态。为了测量的准确性，在测

量之前，电桥必须预调平衡，这样可使

输出电压只与某一臂的电阻变化有关。

若R1、R2、R3固定，R4为待测电

阻，R4=RX，则当R4→R4+△R时，因电

桥不平衡而产生的电压输出为：

（1—5）

在测量MF51型热敏电阻时，非平衡

直流电桥所采用的是立式电桥，，且，

则（1—6）

式中R和均为预调平衡后的电阻

值，测得电压输出后，通过式（1—6）

运算可得△R，从而求的=R4+△R