大学物理实验报告范例

  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,电阻率越校应用广泛,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。

  3、热敏电阻的电阻温度特性研究

  根据表一中MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)之电阻~温度特性研究桥式电路,并设计各臂电阻R和 的值,以确保电压输出不会溢出(本实验 =1000.0Ω, =4323.0Ω)。

  根据桥式,预调平衡,将“功能转换”开关旋至“电压“位置,按下G、B开关,打开实验加热装置升温,每隔2℃测1个值,并将测量数据列表(表二)。

  表一 MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)之电阻~温度特性

  温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65

  电阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748

  表二 非平衡电桥电压输出形式(立式)测量MF51型热敏电阻的数据

  i 9 10

  温度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4

  热力学T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4

  0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4

  0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9

  4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.692.9 2507.6 2345.1

  根据表二所得的数据作出 ~ 图,如右图所示。运用最小二乘法计算所得的线性方程为 ,即MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)的电阻~温度特性的数学表达式为 。

  4、实验结果误差

  通过实验所得的MF51型半导体热敏电阻的电阻—温度特性的数学表达式为 。根据所得表达式计算出热敏电阻的电阻~温度特性的测量值,与表一所给出的参考值有较好的一致性,如下表所示:

  表三 实验结果比较

  温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65

  参考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748

  测量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823

  相对误差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00

  从上述结果来看,基本在实验误差范围之内。但我们可以清楚的发现,随着温度的升高,电阻值变小,但是相对误差却在变大,这主要是由内热效应而引起的。

  5、内热效应的影响

  在实验过程中,由于利用非平衡电桥测量热敏电阻时总有一定的工作电流通过,热敏电阻的电阻值大,体积小,热容量小,因此焦耳热将迅速使热敏电阻产生稳定的高于外界温度的附加内热温升,这就是所谓的内热效应。在准确测量热敏电阻的温度特性时,必须考虑内热效应的影响。本实验不作进一步的研究和探讨。

  6、实验小结

  通过实验,我们很明显的可以发现热敏电阻的阻值对温度的变化是非常敏感的,而且随着温度上升,其电阻值呈指数关系下降。因而可以利用电阻—温度特性制成各类传感器,可使微小的温度变化转变为电阻的变化形成大的信号输出,特别适于高精度测量。又由于元件的体积小,形状和封装材料选择性广,特别适于高温、高湿、振动及热冲击等环境下作温湿度传感器,可应用与各种生产作业,开发潜力非常大。

  参考文献:

  [1] 竺江峰,芦立娟,鲁晓东。 大学物理实验[M]

  [2] 杨述武,杨介信,陈国英。普通物理实验(二、电磁学部分)[M] 北京:高等教育出版社

  [3] 《大学物理实验》编写组。 大学物理实验[M] 厦门:厦门大学出版社

  [4] 陆申龙,曹正东。 热敏电阻的电阻温度特性实验教与学[J]<

原创文章,作者:fanwen,如若转载,请注明出处:https://fanwen.hongwu.com/17488.html

(0)
上一篇 2022年7月31日 上午8:05
下一篇 2022年7月31日 上午8:09

相关推荐

  • 关于白色垃圾的优秀实验报告作文800字

      白色污染,全名“塑料袋垃圾污染”,是导致地球巨人皮肤溃烂的元凶之一。为了进一步探明这种物质的危害性,根据几位科学家的研究成果,做出了如下实验报告。   实验目的:探究白色污染的…

    实验报告 2022年12月3日
  • 让学生走上讲台的实验报告

      一、实验目的:   在语文教学中加强学生自主学习方式的培养,把课堂还给学生。   二、实验原理:   1、新课改的要求——《语文课标》要求:语文教学应为学生创造良好的自主学习环…

    实验报告 2022年10月30日
  • 会计管理实验报告三篇

      篇一:财务管理实验报告   实验报告   课程名称 财务管理基础理论与实务 实验课所在班班级与班级代码   专 业 指导教师:学 号: 姓 名:提交日期:   广东商学院教务处…

    实验报告 2022年12月16日
  • 初三化学实验报告

      欢迎来到第一范文网,今天,小编给大家介绍的是初三化学实验报告,希望对大家有帮助。 初三化学实验报告1   一、实验内容(含实验原理介绍):   二、实验目的   三、涉及实验的…

    实验报告 2022年11月17日
  • 初中物理杨氏干涉实验报告范文

      光学中研究光的本性以及光在媒质中传播时各种性质的学科。物理光学过去也称“波动光学”,从光是一种波动出发,能说明光的干涉、衍射和偏振等现象。而在赫兹用实验证实了麦克斯韦关于光是电…

    实验报告 2022年12月2日
  • 初中化学实验报告总单

      1.常用仪器的名称、形状和主要用途。   2.化学实验的基本操作   (1)药品的取用和称量   (2)给物质加热   (3)溶解、过滤、蒸发等基本操作   (4)仪器连接及装…

    实验报告 2022年8月23日
  • 静电除尘的实验报告

      静电除尘是气体除尘方法的一种。含尘气体经过高压静电场时被电分离,尘粒与负离子结合带上负电后,趋向阳极表面放电而沉积。在冶金、化学等工业中用以净化气体或回收有用尘粒。利用静电场使…

    实验报告 2022年12月27日
  • 物理实验报告格式

      姓 名   班级学号   日 期   实验名称   仪器用具:   实验目的:   实验原理:   实验方法与步骤:   数据处理及误差计算:   实验结果分析与问题讨论:  …

    实验报告 2022年11月23日
  • 电路实验报告要求

      同学您好:   电路实验课已经结束,请按题目要求认真完成实验报告,并要仔细检查一遍,以免退回,具体要求如下:   一、 绘制电路图要工整、选取合适比例,元件参数标注要…

    实验报告 2022年7月24日
  • 有关单片机AD转换的实验报告

      一、 实验目的   1、理解A/D转换的工作原理;   2、理解掌握ADC0809的A/D转换原理和并行A/D转换器接口的编程方法; 3、学习使用并行模/数转换芯片ADC080…

    实验报告 2022年8月23日

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注