实验4.10半导体热敏电阻特性研究

半导体热敏电阻特性研究

【实验简介】

热敏电阻是由半导体材料制成的一种电阻对温度变化非常敏感的热敏元件，利用这一特性可以将它作为感温元件制成热敏电阻温度计、温度传感器，实现测温、控温等功能。热敏电阻作为感温元件具有灵敏度高、体积小、热惯性小等特点，在自动控温、测温等方面应用很广。热敏电阻的温度特性曲线是热敏电阻的基本特性，本实验主要测量负温度系数、正温度系数热敏电阻的温度特性曲线，了解其测温原理

实验原理

【实验目的】

1. 了解热敏电阻的温度特性及其测温、控温原理。

2. 测量热敏电阻的温度特性曲线。

3. 掌握作图法和最小二乘法（曲线拟合法）处理实验数据。

【预习思考题】

1. 负温度系数（NTC）热敏电阻的特性是什么？

2. 怎样用电桥测电阻？

3．如何用作图法和最小二乘法（曲线拟合法）处理实验数据？

【实验仪器】

QJ-23型单臂电桥，DHT-2型热学实验仪。

【实验原理】

1. 热敏电阻温度特性

热敏电阻是其电阻值随温度显著变化的一种热敏元件，按照电阻随温度变化特性可以分为负温度系数热敏电阻（NTC）、正温度系数热敏电阻(PTC)、临界温度系数热敏电阻(CTC)。负温度系数热敏电阻其电阻随着温度的升高而降低，主要用于测温和控温；正温度系数热敏电阻其电阻在达到某一温度后随着温度的升高而升高，在这一温度之前有一很小的负温度系数，在某一温度范围内，其电阻值会产生急剧变化。适用于某些狭窄温度范围内的一些特殊应用；临界温度系数热敏电阻其电阻在达到临界温度点时急剧变化，主要用作开关。热敏电阻的电阻-温度特性曲线如图4.10.1所示。

图4.10.1

温度系数是反映热敏电阻对温度的敏感程度，是热敏电阻作为感温元件的一个重要参数，用表示，其定义为温度升高1ºC，热敏电阻的相对变化量，即

（4.10.1）

2. NTC型热敏电阻温度特性及其温度系数测量

NTC半导体热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴、锰、镍、铜等过渡金属的氧化物，采用不同比例的配方，经高温烧结而成，然后采用不同的封装形式制成珠状、片状、杠状、垫圈状等各种形状。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。

实验证明：在一定温度范围内，负温度系数热敏电阻与温度之间的关系为

（4.10.2）

T为热力学温度；为温度为T时的阻值；B为由材料性质决定的常数；A为与材料性质和电阻几何尺寸有关的常数

根据热敏电阻温度系数的定义，NTC型热敏电阻温度系数为

（4.10.3）

由式（4.10.3）可知：只要测出B，即可求出某温度下NTC型热敏电阻的温度系数。对式（4.10.2）线性化，可得

（4.10.4）

与成线性关系，在实验中测得各温度的值后，即可对与作线性拟合，即可求出B，根据式（4.10.4）可算出某温度下的。

3. PTC型热敏电阻温度特性

NTC半导体热敏电阻是一种以钛酸钡为主要原料的氧化物半导体陶瓷，具有独特的电阻温度特性，本实验不做详细介绍，只要求测出其温度特性曲线。

【实验内容与步骤】

1. 测NTC 型热敏电阻的温度特性曲线，计算B 和T=30度时的温度系数。

1.1 熟悉箱式电桥的使用方法，选择合适的电桥参数，测出室温时的热敏电阻值。

1.2 将DHT-2型热学实验仪预设温度设为100度；加热电阻，温度从室温到100度每5度测一次对应的电阻值。

1.3 将数据输入Origin数据处理软件，作出NTC 型热敏电阻的温度特性曲线。

1.4 作出~ 曲线，求B 和T=30度时的温度系数。

2. 测PTC 型热敏电阻的温度特性曲线。

2.1 实验仪预设温度为120度；加热电阻，温度从40度到120度每5度测一次对应的电阻值。

2.2 将数据输入Origin数据处理软件，作出PTC 型热敏电阻的温度特性曲线。

【注意事项】

1. 注意绝对温度T 与摄氏温度t 的关系。

2. 电桥检流计须先调零点，电阻加热前先测室温电阻值。

3. 测量时，密切注视检流计，若指针迅速偏转至满偏，说明通过检流计的电流很大，应迅速断开检流计按钮“G”，以免烧坏检流计。

【思考题】

1．提出一种用热敏电阻制作控温装置的方案。

2．你的生活中有哪些仪器用到了热敏元件？各热敏元件的作用是什么？