非平衡电桥测量热敏电阻的温度特性

非平衡电桥及热敏电阻温度计的制作

实验目的

1、巩固平衡电桥测量电阻的方法。 2、学会利用非平衡电桥测量电阻。 3、测量热敏电阻的温度特性。

4、制作热敏电阻温度计，测量温度。 实验原理

热敏电阻Rt是一种阻值随温度的改变发生显著变化的敏感元件。在工作温度范围内，阻值随温度升高而增加的称为正温度系数（PTC）的热敏电阻，反之称为负温度系数（NTC）的热敏电阻。

1、热敏电阻的温度特性 热敏电阻的电阻率与温度的关系类似于纯半导体，可表示为 exp(

E

)，式中 为T→∞2KT

时的电阻率，设 E/2K B，改写上式可得到热敏电阻的电阻温度关系：

TTR11

RT2 RT1exp[B( )]，B 12lnT2 (5-19-1)

T1 T2RT1T2T1式中RT2是温度为T2(K)时的热敏电阻阻值，RT1是温度为T1(K)时的热敏电阻阻值，B为热敏电阻的材

料常数。热敏电阻的材料常数B是由热敏电阻的组成成分和热处理方法所决定的，它是每一个热敏电阻固有的特性。由于热敏电阻的阻值与温度成非线性关系，定义其电阻温度系数为

dR/R1dRB

2 (5-19-2) dTRdTT

的意义是温度变化1℃时热敏电阻阻值的相对变化率。对于一定材料的热敏电阻， 仅是温度

的函数。通过B或 可以判断一个热敏电阻是正温度系数型（PTC），还是负温度系数型（NTC）。

2、非平衡电桥原理及应用

在图5－82所示的电桥中，当电桥达到平衡时，Ig=0,R4

R1

R3 ，且电流Ig不受电桥端电压VACR2

的影响。当电桥不平衡时，Ig与电桥的四个臂的阻值，电流计内阻Rg及电桥端电压VAC均有关。对于一个固定的电流计，Rg为定值。如果再固定R1、R2、R3，则Ig只与R4和VAC有关，可记为

Ig＝f(VAC，R4)

用热敏电阻Rt代替R4，对于某一温度，Rt为定值R0，于是Ig只与端电压VAC有关，即

Ig＝f(VAC)

可以调节VAC使电流计上流过的电流Ig达到指定数值Im（例如满度值），调好后固定VAC。

当温度再改变时，Ig只与Rt或温度t有关，即Ig＝g(Rt)＝S(t)。若事先测得该状态下的Ig－t曲线，或把表头刻上对应温度，即可用它来测量温度。这就是热敏电阻的非平衡电桥测温度原理，Ig－t关系曲线见图5－83。

图5－82中R3用来确定测量下限温度时调节电桥平衡，使电桥在测量下限温度t0下平衡，此时Ig＝0，且Ig与VAC无关。滑线变阻器用来改变VAC，通过它可以调节在测量上限温度时需要的电流Ig，当热敏电阻Rt置于上限温度时，调节滑线变阻器，使电流恰好满度，即可确定热敏电阻温度计的测量上限温度。

R4可用来测量热敏电阻Rt处于上限温度时的电阻值Rt上。在Rt置于上限温度时，调好VAC后，将K2拨向1，调R4使uA表再满度。根据替代法原理，有R4等于Rt在上限温度下的阻值，即R4＝Rt上。这就是非平衡电桥测量电阻的原理和方法。

非平衡电桥及热敏电阻温度计的制作

B在测温时，可随时把K2打向1，使R4＝Rt上，看uA表是否恰为满

度，从而检查VAC是否发生了变化。若uA表不恰好满度，说明VAC

R2R3

已变，只要调节VAC使uA表恢复满度，即可保证VAC恢复原值。 实验器材

CA

稳压电源、微安表、电阻箱、滑线变阻器、热敏电阻、保温杯、

R4

温度计、单刀双掷开关、导线等。

1R1

实验内容 Rt

2K21、按图5－82接线， R1、R2为1k 的固定电阻，R3、R4为电阻

D

箱。将K2拨向2，用平衡电桥原理，测出室温下的Rt值和室温，测三次取平均。 ab

2、置Rt于0℃冰水中，用平衡电桥原理，测出Rt在0℃时的阻值。 3、测量热敏电阻温温度特性，制作热敏电阻温度计，测量温度下

K1

E限为0℃，上限为50℃。

（1）将Rt置于0℃的冰水混合物中，调节R3，使Ig=0，确定热敏图5—82 半导体温度计线路 电阻温度计的测量下限温度。

（2）固定R3为0℃时阻值不变， 置Rt于50℃的水中，利用滑线变Ig阻器调节VAC，使Ig指到uA表的满度，确定热敏电阻温度计的测量上限温度。再将K2拨向1，调R4使uA表再满度。此时R4等于50℃时的热敏电阻阻值。记下此时的R4值。

（3）重新将K2拨向2，使水温从50℃开始下降，水温下降过程中，每下降5℃读一次Ig值，同时用替代法测量此时Rt值，一直读到5℃为止，列表记录数据。

4、在直角坐标纸上作Rt－t关系曲线，根据热敏电阻0℃和50℃时

的阻值，计算其材料常数B和室温下的电阻温度系数 ，分析热敏电阻0t0

t

温度特性，判断是PTC型还是NTC型。

图5—83 Ig－t曲线

5、用自制温度计测量某一温度值，置R2于50℃以下某一温度的热

水中，记下Ig值和水温t。在直角坐标纸上作Ig－t关系曲线，根据某一温度下测出的uA表读数Ig，

|t t'|

在Ig－t关系曲线图上找到相应的温度t，即自制温度计的测量值，计算相对误差 100%。

t

`

实验数据

（1） 室温下的Rt值和室温数据记录

（2）0℃ 。

非平衡电桥及热敏电阻温度计的制作

（4）检验t＝23.0℃ Ig 53 A Rt 690.9 数据处理

1、室温下的Rt值和室温

Rt

905.9 906.8 906.9

906.5

3

SRt

(905.9 906.5)2 (906.8 906.5)2 (906.9 906.5)2 0.6

3 (3 1)

仪 900 0.1% 6 0.5% 0.5 5% 0.955 uRt

仪＝

0.955

＝0.6 Rt 0.62 0.62 0.8

Rt (906.5 0.8) B

0.8

100% 0.088% 906.5

t

19.1 19.2 19.2

19.17 C

3

(19.1 19.17)2 (19.2 19.17)2 (19.2 19.17)2

St 0.08 C

3 (3 1)ut

仪＝0.53

＝0.29 C

t 0.082 0.292 0.30 C

t (19.17 0.30) C B

0.30

100% 1.6% 19.17

2、温度为0℃时

非平衡电桥及热敏电阻温度计的制作

Rt 1941.9

电阻箱

1000 0.01%＋900 0.1%＋40 0.2%＋1 0.5%＋0.9 5%＝＝0.7 Rt (1941.9 0.7) B

Rt

100%

0.7

100% 0.036%

1941.9

3、根据温度、电流、阻值关系列表可得Ig t关系图和Rt t关系图

100

80

Ig( A)

60

40

20

t(Ｃ)

Ig t关系图

18001600140012001000

R

t

800600400200

t

Rt t关系图

非平衡电桥及热敏电阻温度计的制作

4、由B

T1T2Rt

ln2得

T1 T2Rt1

273 (273 50)1941.9

ln 3687.26

50240.0B3687.26 2 0.035

273 50TB

由此可知该材料是负温度系数型（NTC）

5、检验t 23.0 C Ig 53 A Rt 690.9 从Ig t关系图上找到相应的温度t 23.5 C

'

t t't

100%

23.0 23.5

23

100% 2.2%

检验结果表明实验很成功。