电阻温度特性

热敏电阻温度特性的研究

一、实验目的

了解和测量热敏电阻阻值与温度的关系

二、实验仪器

YJ-RZ-4A 数字智能化热学综合实验仪、NTC 热敏电阻传感器、Pt100传感器、 数字万用表

三、实验原理

热敏电阻是其电阻值随温度显著变化的一种热敏元件。热敏电阻按其电阻随温度变化的典型特性可分为三类，即负温度系数（NTC ）热敏电阻，正温度系数（PTC ）热敏电阻和临界温度电阻器（CTR ）。PTC 和CTR 型热敏电阻在某些温度范围内，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，而NTC 热敏电阻可用于较宽温度范围的测量。热敏电阻的电阻-温度特性曲线如图1所示。

图1

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。与金属导热电阻比较，NTC 半导体热敏电阻具有以下特点：

1．有很大的负电阻温度系数，因此其温度测量的灵敏度也比较高；

2．体积小，目前最小的珠状热敏电阻的尺寸可达mm 2.0φ，故热容量很小可作为点温

或表面温度以及快速变化温度的测量；

3．具有很大的电阻值（Ω-5

2

1010），因此可以忽略线路导线电阻和接触电阻等的影响，特别适用于远距离的温度测量和控制；

4．制造工艺比较简单，价格便宜。半导体热敏电阻的缺点是温度测量范围较窄。 NTC 半导体热敏电阻具有负温度系数，其电阻值随温度升高而减小，电阻与温度的关系可以用下面的经验公式表示

)/exp(T B A R T = （1）

式中，T R 为在温度为T 时的电阻值，T 为绝对温度（以K 为单位），A 和B 分别为具有电阻量纲和温度量纲，并且与热敏电阻的材料和结构有关的常数。由式（1）可得到当温度为0T 时的电阻值0R ，即

)/exp(00T B A R = （2）

比较式（1）和式（2），可得

)]1

1(exp[0

0T T B A R R T -= （3）

由式（3）可以看出，只要知道常数B 和在温度为0T 时的电阻值0R ，就可以利用式（3）计算在任意温度T 时的T R 值。常数B 可以通过实验来确定。将式（3）两边取对数，则有:

)1

1(ln ln 0

0T T B R R T -+= （4）

由式（4）可以看出，T R ln 与

T

1

成线性关系，直线的斜率就是常数B ，热敏电阻的材料常数B 一般在2000—6000K 范围内。

热敏电阻的温度系数T α定义如下

21T

B dT dR R T T T -=⨯=

α （5） 由式（5）可以看出，T α是随温度降低而迅速增大。T α决定热敏电阻在全部工作范围内的温度灵敏度。热敏电阻的测温灵敏度比金属热电阻的高很多。例如，B 值为4000K ，当

)20(15.293C K T ︒=时，热敏电阻的%7.4=T α 1)(-︒C ，约为铂电阻的12倍。

四、实验内容和步骤

1、连接好实验仪器，如图

2、图3所示：

图2

内有加热引线和温度传感器引线

隔热板 恒温腔

图3

2、将“温度选择”开关置于“设定温度”，调节“设定温度粗选”和“设定温度细选”，选择设定所需温度点（如50C ︒），打开“加热开关”，将“温度选择”开关置于“上盘温度”，观察温度的变化，直至温度稳定，此时加热盘可能达不到设定温度，可适当调节“设定温度细选”使其温度达到所需的温度（如50.0℃），这时给加热盘设定的温度要高于所需的温度。观察数字万用表的读数，待其稳定时，测出此温度时的电阻值。

3、重复步骤2，设定温度依次递增10C ︒（如依次为60C ︒、70C ︒、80C ︒、90C ︒、100C ︒），测出在上述温度点时的电阻值。

4、根据上述实验数据，绘出T R T -曲线和T R ln －

T 1曲线，验证T R ln 与T

1

是否成线性关系。

5、将NTC 热敏电阻传感器换成Pt100传感器，实验观测随着温度的变化，Pt100的电阻值如何变化，有什么特点。

五、数据记录及处理

1、 测量出对应温度的电阻值，且求出T

1

，T R ln

数字万用表

插入加热盘 的恒温腔中

2、作出NTC 热敏电阻的T R T -曲线

3、验证T R ln 与T

1

是否成线性关系

4、误差分析

5、Pt100的电阻值随着温度变化的规律

六、思考题

1、半导体热敏电阻与金属导热电阻比较，具有什么特点？

2、数据记录及处理中为什么要验证T R ln 与

T

1

是否成线性关系？ 3、当温度变化时，NTC 热敏电阻与Pt100的电阻值分别做什么变化，变化的趋势各有

什么特点？

℃

Ω/T R

1)/(-︒C T

T R ln