铜-铝电阻率-温度变化曲线
本科实验报告 实验名称:热敏电阻温度特性的研究 （略写） 实验15热敏电阻温度特性的研究 【实验目的和要求】 1. 研究热敏电阻的温度特性。 2. 用作图法和回归法处理数据。 【实验原理】 1． 金属导体电阻 金属导体的电阻随温度的升高而增加，电阻值t R 与温度t 间的关系常用以下经验公式表示： )1(320 ++++=ct bt t R R t α （1） 式中t R 是温度为t 时的电阻，0R 为00=t C 时的电阻，c b ,,α为常系数。 在很多情况下，可只取前三项： )1(20bt t R R t ++=α （2） 因为常数b 比α小很多，在不太大的温度范围内，b 可以略去，于是上式可近似
写成： )1(0t R R t α+= （3） 式中α称为该金属电阻的温度系数。 2． 半导体热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成，是一种敏感元件。其特点是在一定的温度范围内，它的电阻率T ρ随温度T 的变化而显著地变化，因而能直接将温度的变化转换为电量的变化。一般半导体热敏电阻随温度升高电阻率下降，称为负温度系数热敏电阻，其电阻率T ρ随热力学温度T 的关系为 T B T e A /0=ρ （4） 式中0A 与B 为常数，由材料的物理性质决定。 也有些半导体热敏电阻，例如钛酸钡掺入微量稀土元素，采用陶瓷制造工艺烧结而成的热敏电阻在温度升高到某特定范围（居里点）时，电阻率会急剧上升，称为正温度系数热敏电阻。其电阻率的温度特性为： T B T e A ?'=ρρ （5） 式中A '、 ρ B 为常数，由材料物理性质决定。 对（5）式两边取对数，得 A T B R T ln 1 ln += （6） 可见T R ln 与T 1 成线性关系，若从实验中测得若干个T R 和对应的T 值，通过作图法可求出A (由截距A ln 求出)和B (即斜率)。 3. 实验原理图
The temperature dependence of the refractive indices of GaN and AlN from room temperature up to 515 ° C Naoki Watanabe, Tsunenobu Kimoto, and Jun Suda Citation: Journal of Applied Physics 104, 106101 (2008); doi: 10.1063/1.3021148 View online: https://www.360docs.net/doc/e318239613.html,/10.1063/1.3021148 View Table of Contents: https://www.360docs.net/doc/e318239613.html,/content/aip/journal/jap/104/10?ver=pdfcov Published by the AIP Publishing
The temperature dependence of the refractive indices of GaN and AlN from room temperature up to515°C Naoki Watanabe,1,a?Tsunenobu Kimoto,1,2and Jun Suda1 1Department of Electronic Science and Engineering,Kyoto University,Nishikyo-ku,Kyoto615-8510,Japan 2Photonics and Electronics Science and Engineering Center(PESEC),Kyoto University,Nishikyo-ku, Kyoto615-8510,Japan ?Received5August2008;accepted3October2008;published online18November2008? The temperature dependence of the refractive indices of GaN and AlN was investigated in the wavelength range from the near band edge?367nm for GaN and217nm for AlN?to1000nm and the temperature range from room temperature to515°C.Optical interference measurements with vertical incident con?guration were employed to precisely evaluate the ordinary refractive indices. ?2008American Institute of Physics.?DOI:10.1063/1.3021148? Wide band-gap group-III nitrides,gallium nitride?GaN?and aluminum nitride?AlN?,have attracted much attention for optoelectronic devices in the green to ultraviolet region.1–3To optimize the design of optoelectronic devices, knowledge of the refractive indices of the constituent mate-rials is required.In general,the refractive index of a material varies with temperature,a phenomenon known as the thermo-optic effect.Since the junction temperature of a GaN-based laser diode?LD?exceeds100°C,4failure to consider the thermo-optic effect would result in a suboptimal LD waveguide design.On the other hand,the thermo-optic effect can be used to actively modulate device characteristics by varying the temperature.For example,when an optical ?lter such as a distributed Bragg re?ector?DBR?made of Al x Ga1?x N is combined with a GaN-based photodiode,the spectral response of the photodetector can be varied by controlling the DBR temperature.Thanks to its large band gap,GaN-based photodiodes are capable of operation at tem-peratures much higher than400°C.5Varying the tempera-ture from room temperature to high temperature makes pos-sible a widely variable range of detectable wavelength.It should be noted that a high power is not required to reach temperatures above400°C if the device has good thermal insulation,a small volume,and a monolithically integrated heater. Tisch et al.6reported the refractive indices of GaN and aluminum gallium nitride?Al x Ga1?x N?measured by spectro-scopic ellipsometry from room temperature to300°C. While refractive index data up to300°C are adequate for LD design,extension of the data set to higher temperatures will be needed for other applications as mentioned above.In addition,one must also consider the optical anisotropy of GaN and AlN inherent to its crystal structure?wurtzite?. Tisch et al.6did not separate the anisotropy.In this study,we measure the thermo-optic coef?cients??n/?T?of GaN and AlN by optical interference measurements.A vertical inci-dent con?guration was employed to evaluate the ordinary refractive index n o?light propagating along the c axis?.The temperature range of the measurements is from room tem-perature to515°C. The samples used in this study were commercially avail-able GaN layers grown on?0001?-oriented sapphire sub-strates by metal-organic vapor phase epitaxy and AlN layers grown on?0001?-oriented6H-SiC substrates by hydride va-por phase epitaxy.5.18and10.6?m thick GaN layers and 9.23?m thick AlN layers were used for the measurements. The layer thicknesses were determined by cross-sectional scanning electron microscopy using a magni?cation calibra-tion standard.The error of the thickness measurement is less than2%. The interference spectrum was measured in air.A bundle of one optical?ber for light collection and surrounding six optical?bers for illumination was used as a specular re?ec-tion probe.The diameter of each?ber was450?m.The distance between the sample and the re?ection probe is about 20mm.The error of the wavelength was less than0.2nm for the UV region and0.5nm for visible region.The refractive index dispersion curve was calculated from the peak and valley wavelengths of the interference together with the layer thickness.For elevated temperatures the layer thickness change due to thermal expansion of both epilayers and sub-strates was taken into account.The employed parameters7–9 are summarized in Table I.Since the strain state of epilayers depends on many factors,there should be an error in the estimation of the thickness change with temperature.How-ever,even if we ignore the thermal expansion,the difference in the calculated thermo-optic coef?cients is only7%.There- a?Electronic mail:watanabe@semicon.kuee.kyoto-u.ac.jp.TABLE I.Parameters used in this study. Thermal expansion??10?6K?1? Poisson’s ratio a axis c axis GaN 5.59a 3.17a0.23b AlN 4.2a 5.3a0.287a Sapphire7.5c 6H-SiC 4.3a a Reference7. b Reference9. c Reference8. JOURNAL OF APPLIED PHYSICS104,106101?2008? 0021-8979/2008/104?10?/106101/3/$23.00?2008American Institute of Physics 104,106101-1
高阻计法测定高分子材料体积电阻率和表面电阻率 2010年03月07日10:37 admins 学习时间：20分钟评论 0条高分子材料的电学性能是指在外加电场作用下材料所表现出来的介电性能、导电性能、电击穿性质以 及与其他材料接触、摩擦时所引起的表面静电性质等。最基本的是电导性能和介电性能，前者包括电导(电导率γ，电阻率ρ=1/γ)和电气强度(击穿强度Eb)；后者包括极化(介电常数εr)和介质损耗(损耗因数tg δ)。共四个基本参数。 种类繁多的高分子材料的电学性能是丰富多彩的。就导电性而言，高分子材料可以是绝缘体、半导体和导体，如表1所示。多数聚合物材料具有卓越的电绝缘性能，其电阻率高、介电损耗小，电击穿强度高，加之又具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性及易成型加工性能，使它比其他绝缘材料具有更大实用价值，已成为电气工业不可或缺的材料。高分子绝缘材料必须具有足够的绝缘电阻。绝缘电阻决定于体积电阻与表面电阻。由于温度、湿度对体积电阻率和表面电阻率有很大影响，为满足工作条件下对绝缘电阻的要求， 必须知道体积电阻率与表面电阻率随温度、湿度的变化。 表1 各种材料的电阻率范围 材料电阻率(Ω·m) 材料电阻率(Ω·m) 超导体导体≤10-810-8～10-5半导体绝缘体10-5～107 107～1018 除了控制材料的质量外，测量材料的体积电阻率还可用来考核材料的均匀性、检测影响材料电性能的 微量杂质的存在。当有可以利用的相关数据时，绝缘电阻或电阻率的测量可以用来指示绝缘材料在其他方面的性能，例如介质击穿、损耗因数、含湿量、固化程度、老化等。表2为高分子材料的电学性能及其研 究的意义。 表2 高分子材料的电学性能及测量的意义 电学性能电导性能 ①电导（电导率γ，电阻率ρ=1/γ） ②电气强度（击穿强度Eb） 介电性能 ③极化（介电常数εr） ④介电损耗（损耗因数tanδ） 测量的意义实际意义 ①电容器要求材料介电损耗小，介电常数大，电气强度高。 ②仪表的绝缘要求材料电阻率和电气强度高，介电损耗低。 ③高频电子材料要求高频、超高频绝缘。 ④塑料高频干燥、薄膜高频焊接、大型制件的高频热处理要求材料 介电损耗大。 ⑤纺织和化工为消除静电带来的灾害要求材料具适当导电性。理论意义研究聚合物结构和分子运动。 1 目的要求 了解超高阻微电流计的使用方法和实验原理。 测出高聚物样品的体积电阻率及表面电阻率，分析这些数据与聚合物分子结构的内在联系。 2 原理 名词术语 1) 绝缘电阻：施加在与试样相接触的二电极之间的直流电压除以通过两电极的总电流所得的商。它取决于体积电阻和表面电阻。
实验 半导体热敏电阻特性的研究 实验目的 1．研究热敏电阻的温度特性。 2．进一步掌握惠斯通电桥的原理和应用。 实验仪器 箱式惠斯通电桥，控温仪，热敏电阻，直流电稳压电源等。 实验原理 半导体材料做成的热敏电阻是对温度变化表现出非常敏感的电阻元件，它能测量出温度的微小变化，并且体积小，工作稳定，结构简单。因此，它在测温技术、无线电技术、自动化和遥控等方面都有广泛的应用。 半导体热敏电阻的基本特性是它的温度特性，而这种特性又是与半导体材料的导电机制密切相关的。由于半导体中的载流子数目随温度升高而按指数规律迅速增加。温度越高，载流子的数目越多，导电能力越强，电阻率也就越小。因此热敏电阻随着温度的升高，它的电阻将按指数规律迅速减小。 实验表明，在一定温度范围内，半导体材料的电阻R T 和绝对温度T 的关系可表示为 T b T ae R = （4－6－1） 其中常数a 不仅与半导体材料的性质而且与它的尺寸均有关系，而常数b 仅与材料的性质有关。常数a 、b 可通过实验方法测得。例如，在温度T 1时测得其电阻为R T 1 11T b T ae R = （4－6－2） 在温度T 2时测得其阻值为R T 2 22T b T ae R = （4－6－3） 将以上两式相除，消去a 得 )1 1 (2 1 2 1T T b T T e R R -= 再取对数，有 )11(ln ln 2 121T T R R b T T --= （4－6－4） 把由此得出的b 代入（4－6－2）或（4－6－3）式中，又可算出常数a ，由这种方法确定的常数a 和b 误差较大，为减少误差，常利用多个T 和R T 的组合测量值，通过作图的方法（或用回归法最好）来确定常数a 、b ，为此取（4－6－1）式两边的对数。变换
实验 温度、光对半导体导电特性的影响 一．实验目的与意义 无论是半导体单晶材料、PN 结、还是器件，其电学特性（如：电阻率ρ、I-V 曲线、载流子迁移率μ）均受温度、光（辐射）影响，因此，从原理上讲，半导体产品的应用受环境温度、辐射限制大。所以在设计、使用半导体产品时必须考虑环境因素。 通过本实验的学习，加深学生对半导体导电性理论的理解，培养学生自行设计实验方法，实际动手操作，观察现象，进行理论分析的能力。 二．实验原理 1.电阻率的测量： 设样品电阻率ρ均匀，样品几何尺寸相对于探针间的距离可看成半无穷大。引入点电流源的探针其电流强度为I ，则所产生的电力线有球面对称性，即等位面是以点电流源为中心的半球面，如图1-1所示。在以r 为半径的半球上，电流密度j 的分布是均匀的。 图1-1 探针与被测样品接触点的电流分布 2 2r I j π= （1-1） 若E 为r 处的电场强度，则 2 2r I j E πρ ρ= = (1-2) 取r 为无穷远处的电位ф为零，并利用 dr d E φ - =，则有： ? ??∞ ∞-=-=) (0 22r r r r dr I Edr d ?πρ? （1-3） I r
()r I r πρφ2= （1-4） 式（1-2）就是半无穷大均匀样品上离开点电流源距离r 的点的电位与探针流过的电流和样品电阻率的关系式，它代表了一个点电流对距离为r 处的点的电势的贡献。 图1-2 四根探针与样品接触示意图 对于图1-2所示的情形，四根探针位于样品中央，电流从探针１流入，从探针４流出，则可将1和４探针认为是点电流源，由式（1-3）得到探针２和３的电位为： ??? ? ??-= 24122112r r I πρ? (1-5) ???? ??-= 3413 3112r r I π ρ? (1-6) 探针２、3电位差为：3223??-=V ，由此得出样品电阻率为： I V C r r r r I V 23 1 341324122311112=??? ? ??---=-πρ （1-7） 式(1-7)就是利用直流四针探法测量电阻率的普遍公式。当电流取I =C 时，则有ρ=V 23，可由数字电压表直接读出电阻率。 实际测量中，最常用的是直线四探针。即四根探针位于同一直线上，并且间距相等，设相邻两探针间距为S ，则半无穷大样品有： S S C 28.62==π （1-8） 通常只要满足样品的厚度，以及边缘与探针的最近距离大于四倍探针间距，样品近似半无穷大，能满足精度要求。 1． 块状和棒状样品的电阻率 四探针测试仪探针间距均为1mm ，块状和棒状样品外形尺寸与探针间距比较，符合半无穷大边界条件，有C=2π, 因此，只要I =6.28I 0，I 0为该电流量程满刻度值，由电压表读出的数值就是电阻率。 2． 片状样品的电阻率
电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，还与导体长度、粗细、材料有关。衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。多数（金属）的电阻随温度的升高而升高，一些半导体却相反。如：玻璃，碳。 电阻分类 按阻值特性 固定电阻、可调电阻、特种电阻(敏感电阻) . 不能调节的,我们称之为定值电阻或固定电阻,而可以调节的,我们称 之为可调电阻.常见的可调电阻是滑动变阻器,例如收音机音量调节的装置是个圆形的滑动变阻器,主要应用于电压分配的,我们称之为电位器. 按制造材料 碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻，无感电阻，薄膜电阻等. 薄膜电阻 用蒸发的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成。主要如下：碳膜电阻器 碳膜电阻 碳膜电阻（碳薄膜电阻），常用符号RT作为标志；为最早期也最普遍使用的电阻器，利用真空喷涂技术在瓷棒上面喷涂一层碳膜，再将碳膜外层加工切割成螺旋纹状，依照螺旋纹的多寡来定其电阻值，螺旋纹愈多时表示电阻值愈大。最后在外层涂上环氧树脂密封保护而成。其阻值误差虽然较金属皮膜电阻高，但由于价钱便宜。碳膜电阻器仍广泛应用在各类产品上，是目前电子，电器，设备，资讯产品之最基本零组件。 金属膜电阻器 金属膜电阻(metal film resistor)，常用符号RJ作为标志；其同样利用真空喷涂技术在瓷棒上面喷涂，只是将炭膜换成金属膜（如镍铬），并在金属膜车上螺旋纹做出不同阻值，并且于瓷棒两端镀上贵金属。虽然
它较碳膜电阻器贵，但低杂音，稳定，受温度影响小，精确度高成了它的优 金属膜电阻 势。因此被广泛应用于高级音响器材，电脑，仪表，国防及太空设备等方面。 金属氧化膜电阻器 某些仪器或装置需要长期在高温的环境下操作，使用一般的电阻会未能保持其安定性。在这种情况下可使用金属氧化膜电阻（金属氧化物薄膜电阻器），它是利用高温燃烧技术于高热传导的瓷棒上面烧附一层金属氧化薄膜（用锡和锡的化合物喷制成溶液，经喷雾送入 500~500℃的恒温炉，涂覆在旋转的陶瓷基体上而形成的。材料也可以氧化锌等），并在金属氧化薄膜车上螺旋纹做出不同阻值，然后于外层喷涂不燃性涂料。其性能与金属膜电阻器类似，但电阻值范围窄。它能够在高温下仍保持其安定性，其典型的特点是金属氧化膜与陶瓷基体结合的更牢，电阻皮膜负载之电力亦较高。耐酸碱能力强，抗盐雾，因而适用于在恶劣的环境下工作。它还兼备低杂音，稳定，高频特性好的优点。常用符号RY 作为标志。 合成膜电阻 金属氧化膜电阻 将导电合成物悬浮液涂敷在基体上而得，因此也叫漆膜电阻。 由于其导电层呈现颗粒状结构，所以其噪声大，精度低，主要用他制造高压，高阻，小型电阻器。
电阻率 电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种物质所制成的原件（常温下20°C）的电阻与横截面积的乘积与长度的比值叫做这种物质的电阻率。电阻率与导体的长度、横截面积等因素无关，是导体材料本身的电学性质，由导体的材料决定，且与温度有关。 电阻率在国际单位制中的单位是Ω·m，读作欧姆米，简称欧米。常用单位为“欧姆·平方毫米”。 定义 在温度一定的情况下，有公式R=ρl/s其中的ρ就是电阻率，l为材料的长度，S 为面积。可以看出，材料的电阻大小与材料的长度成正比，而与其截面积成反比。 电阻率（resistivity）是用来表示各种物质电阻特性的物理量。 在温度一定的情况下，有公式 其中的ρ就是电阻率，L为材料的长度，S为面积。可以看出，材料的电阻大小与材料的长度成正比，即在材料和横截面积不变时，长度越长，材料电阻越大：而与材料横截面积成反比，即在材料和长度不变时，横截面积越大，电阻越小。 由上式可知电阻率的定义为： 推导公式： 单位 国际单位制中，电阻率的单位是欧姆·米(Ω·m或ohmm)，常用单位是欧姆·毫米和欧姆·米。 计算公式
电阻率的计算公式为： ρ为电阻率——常用单位Ω·m S为横截面积——常用单位㎡ R为电阻值——常用单位Ω L为导线的长度——常用单位m 电阻率的另一计算公式为： ρ为电阻率——常用单位Ω·mm2/m E为电场强度——常用单位N/C J为电流密度——常用单位A/㎡ （E，J 可以为矢量） 影响电阻率的外界因素 电阻率不仅与材料种类有关，而且还与温度、压力和磁场等外界因素有关。金属材料在温度不高时，ρ与温度t(℃)的关系是ρt=ρ0(1+at)，式中ρ1与ρ0分别是t℃和0℃时的电阻率;α是电阻率的温度系数，与材料有关。锰铜的α约为1×10-1/℃(其数值极小)，用其制成的电阻器的电阻值在常温范围下随温度变化极小，适合于作标准电阻。已知材料的ρ值随温度而变化的规律后，可制成电阻式温度计来测量温度。半导体材料的α一般是负值且有较大的量值。制成的电阻式温度计具有较高的灵敏度。有些金属(如Nb和Pb)或它们的化合物，当温度降到几K或十几K(绝对温度)时，ρ突然减少到接近零，出现超导现象，超导材料有广泛的应用前景。利用材料的ρ随磁场或所受应力而改变的性质，可制成磁敏电阻或电阻应变片，分别被用来测量磁场或物体所受到的机械应力，在工程上获得广泛应用。
金属电阻率及其温度系数金属电阻率及其温度系数 物质物质 温度温度 t/℃ t/℃ t/℃ 电阻率电阻率 Ω·m 电阻温度系数电阻温度系数 a a R /℃-1 银 20 1.586×10-8 0.0038(20℃) 铜 20 1.678×10-8 0.00393(20℃) 金 20 2.40×10-8 0.00324(20℃) 铝 20 2.6548×10-8 0.00429(20℃) 钙 0 3.91×10-8 0.00416(0℃) 铍 20 4.0×10-8 0.025(20℃) 镁 20 4.45×10-8 0.0165(20℃) 钼 0 5.2×10-8 铱 20 5.3×10-8 0.003925(0℃~100℃) 钨 27 5.65×10-8 锌 20 5.196×10-8 0.00419(0℃~100℃) 钴 20 6.64×10-8 0.00604(0℃~100℃) 镍 20 6.84×10-8 0.0069(0℃~100℃) 镉 0 6.83×10-8 0.0042(0℃~100℃) 铟 20 8.37×10-8 铁 20 9.71×10-8 0.00651(20℃) 铂 20 10.6×10-8 0.00374(0℃~60℃) 锡 0 11.0×10-8 0.0047(0℃~100℃) 铷 20 12.5×10-8 铬 0 12.9×10-8 0.003(0℃~100℃) 镓 20 17.4×10-8 铊 0 18.0×10-8 铯 20 20×10-8 铅 20 20.684×10-8 0.00376(20℃~40℃) 锑 0 39.0×10-8 钛 20 42.0×10-8 汞 50 98.4×10-8 锰 23~100 185.0×10-8 锰铜 20 44.0×10-8 康铜 20 50.0×10-8 镍铬合金 20 100.0×10-8 铁铬铝合金 20 140.0×10-8 铝镍铁合金 20 160.0×10-8 不锈钢 0~900 70~130×10-8 不锈钢304 20 72×10-8 不锈钢316 20 74×10-8
航:OLS > 实验首页> 综合设计性物理实验> 实验三温度传感器特性研究 .::实验预习::. 【实验目的】 1．了解几种常用的接触式温度传感器的原理及其应用范围； 2．测量这些温度传感器的特征物理量随温度的变化曲线． 【实验原理】 1．铂电阻 导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其电阻值推算出被测环境的温度，利用此原理构成的传感器就是热电阻温度传感器．能够用于制作热电阻的金属材料必须具备以下特性：（1）电阻温度系数要尽可能大和稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系；（2）电阻率高，热容量小，反应速度快；（3）材料的复现性和工艺性好，价格低；（4）在测量范围内物理和化学性质稳定.目前，在工业中应用最广的材料是铂和铜. 铂电阻与温度之间的关系，在0～630.74 o C范围内可用下式表示 (1) 在－200～0 o C的温度范围内为 (2)
式中，R0和RT分别为在0 o C和温度T时铂电阻的电阻值，A、B、C为温度系数，由实验确定，A = 3.90802×10－３o C－１，B = －5.80195×10－７o C－２，C = －4.27350×10－１２o C－４．由式（1）和式（2）可见，要确定电阻RT 与温度T的关系，首先要确定R0的数值，R0值不同时，RT 与T的关系不同．目前国内统一设计的一般工业用标准铂电阻R0值有100Ω和500Ω两种，并将电阻值RT 与温度T的相应关系统一列成表格，称其为铂电阻的分度表，分度号分别用Pt100和Pt500表示． 铂电阻在常用的热电阻中准确度最高，国际温标ITS－90中还规定，将具有特殊构造的铂电阻作为13.5033 K～961.78 o C标准温度计来使用．铂电阻广泛用于－200～850 o C范围内的温度测量，工业中通常在600 o C以下． 2.半导体热敏电阻 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．
半导体热敏电阻的电阻—温度特性 摘要：使用计算机软件OriginPro 7.5对实验数据作出处理，得到拟合曲线、电阻温度系数和热敏电阻的材料常数，并指出不确定度。 关键词：热敏电阻；数据处理；拟合曲线。 Semiconductor thermal resistor’s resistance- Thermodynamics temperature characteristic (Chemistry and Chemical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096) Abstract:Through using computer software OriginPro 7.5 to process experimental data, we can get fitting curve and coefficient. And pointing out the system error. key words: Semiconductor thermal resistor ; Data processing; Fitting curve 大学物理实验“半导体热敏电阻的电阻—温度 特性”是仿真实验，使用OriginPro 7.5软件进行 数据辅助处理，可以得到较为理想的结果 计算机拟合曲线 某些金属氧化物半导体满足的电阻与温度的关系 满足关系式： R T =R ∞ e B/T 式中R T为温度为T时的热敏电阻阻值，R∞是温度T趋于无穷时的热敏电阻的阻值。B是热敏电阻的材料常数，T是热力学温度。 热敏电阻对温度变化反应的灵敏度一般由电阻温度系数α来表示，根据定义，电阻温度系数表示为： α= dR T/(R T dT) 由于这类热敏电阻的α值为负，因此被称为负温度系数（NTC）热敏电阻，，这也是最常见的一类热敏电阻。 1数据处理
玻璃折射率温度系数的测量 一、实验目的： 1.测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数。 2.在不同的实验条件下进行测量，定性分析实验的系统误差。 二、实验原理： 参见实验中心网站 三、实验室提供的主要器材： He-Ne激光器及支架、样品、铝块、水浴加热锅、数字温度计（读数精度0.1℃） 四、实验内容 1.光路调节 ?先将样品小心地滑入大铝块中间的样品腔中。 ?接着将大铝块放在水浴锅中，并置于电炉上。（此时水浴锅中已放入一定量的水。） ?然后将它们整体放在调节台上。 ?打开激光电源，调节样品的位置，使激光从样品c区反射。 ?调整光路，在观察屏上得到3个反射光斑。（中央光斑中应能看到干涉条纹。）?将小铝块放入大铝块中，插入数字温度计，微调光路，确保有干涉条纹的光斑不被遮挡。 2.在不同的水浴条件（降温速率不同）下，测量a区干涉条纹数与温度之间的关系 ?开启电炉，对样品进行加热，加热到80℃后，关闭电炉。让样品自然降温，待温度下降到80℃以下，开始测量。【最后一组数据对应的温度略高于40℃。】?在测量条纹的移动与温度变化的关系时，可以同时测量温度随时间的变化关系，研究是否符合牛顿冷却规律。【测量时，最初的温度间隔可取2℃，温度降低后 可减小到1℃，甚至0.5℃。】 ?改变水浴锅中的水量（相当于改变整个水浴系统的热容量），重复上述操作。 3.根据实验数据，作T～m图，作直线拟合，并根据残差图分析实验的系统误差。 4.选择一个水浴条件，测量c区干涉条纹数与温度之间的关系。 5.利用拟合结果，计算玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数。 五、实验报告要求 1.实验原理部分简述即可。 2.实验过程重点在不同实验条件的比较。
半导体热敏电阻的电阻—温度特性 实验原理 1. 半导体热敏电阻的电阻—温度特性：某些金属氧化物半导体（如：Fe3O4、MgCr2O4 等）的电阻与温度的关系满足式（1） RT = R∞ e B T （1） 式中 RT 是温度为 T 时的热敏电阻阻值，R∞ 是 T 趋于无穷时热敏电阻的阻值①，B 是热敏电阻的材料常数， T 为热力学温度。热敏电阻对温度变化反应的灵敏度一般由电阻温度系数α来表示。根据定义，电阻温度系数可由式（2）来决定： α= 1 dRT RT dT （2） 由于这类热敏电阻的α值为负，因此被称为负温度系数（NTC）热敏电阻，这也是最常见的一类热敏电阻。 2. 惠斯通电桥的工作原理半导体热敏电阻的工作阻值范围一般在 1~106Ω，需要较精确测量时常用电桥法，惠斯通电桥是一种应用很广泛的仪器。惠斯通电桥的原理如图 1 所示。四个电阻 R0 、 R1 、R2 和 R x 组成一个四边形，其中 R x 就是待测电阻。在四边形的一对对角 A 和C 之间连接电源；而在另一对对角 B 和 D 之间接入检流计 G。当 B 和 D 两点电势相等时，G 中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必 D R1 Rx SG A G C R2 R B E R0 Sb
图 1 惠斯通电桥原理图 图 2 惠斯通电桥面板图 ① 由于(1)式只在某一温度范围内才适用，所以更确切的说R∞ 仅是公式的一个系数，而并非实际 T 趋于无 穷时热敏电阻的阻值。 有 Rx = R1 R R0 ， 1 和 R0 都已知， R x 即可求出。 R0 为标准可变电阻，由有四个旋钮的电 R2 R2 阻箱组成，最小改变量为 1Ω。 R1 称电桥的比率臂，由一个旋钮调节，它采用十进制固定 R2 值，共分 0.001，0.01，0.1，1，10，100，1000 七挡。测量时应选择合适的挡位，保证测量值有 4 位有效数。电桥一般自带检流计，如图 2 所示，如果有特殊的精度要求也可外接检流计，本实验采用外接的检流计来判断电桥的平衡。实验内容 1. 数据测量打开大学物理仿真实验软件，在实验目录中选择“热敏电阻”进入本实验主页面。在实验桌上点击各仿真实验仪器（包括：功率调节器、电炉及热敏电阻、惠斯通电桥、检流计和稳压电源）和说明书，进入相关页面并按照说明了解仪器型号、使用方法及基本性能，对于实验仪器上的所有调节旋钮，其调节方法均为点击鼠标左键反时针转，点击鼠标右键顺时针转。熟悉各实验仪器的使用后，点击“连接导线”进入相关页面，按图 3 接线，其中功率调节器和电炉之间已经连接，不需要再用导线去连。连线正确后点击“开始测量数据”按钮进入测量页面。 检流 + + －检流计 + － + 惠斯通电桥 电源 －
设计性实验 （报告）
摘要 在液体的各种属性中，诸如密度、浓度、温度等的改变都会影响液体的折射率，此外，外界条件如压强的改变也会在一定程度上改变液体的折射率。在生产实际中，通过测定液体折射率随不同属性的变化情况，有重要的意义。通过实验测量，甘油的折射率随温度变化的情况，温度升高，折射折射率随之减小。 关键字 液体折射率；温度；阿贝折射仪；曲线
目录 摘要 ................................................................................................. I 关键字 ................................................................................................. I 第一节前言 (1) 第二节材料与方法 (2) 第三节结果 (3) 第四节讨论 (4) 参考文献 (5) 致谢 (6)
第一节前言 折射率是表征液体光学性质的基本物理量之一。在液体的各种属性中，诸如密度、浓度、温度等的改变都会影响液体的折射率，此外，外界条件如压强的改变也会在一定程度上改变液体的折射率。在生产实际中，通过测定液体折射率随不同属性的变化情况，有重要的意义。如在食品生产中，通过测量液体折射率可以鉴别食品组成、深度及品质。为了对液体折射率有一个更深的理解，本文对甘油在不同温度下的折射率进行了测定。
第二节 材料与方法 材料：阿贝折射仪、甘油、恒温器。 阿贝折射仪的基本原理即为折射定律：2211sin n sin n αα=， n 1，n 2为交界面的两侧的两种介质的折射率（图一）。1α为入射角，2α为折射角。 若光线从光密介质进入光疏介质，入射角小于折射角，改变入射角可以使折射角达到90°，此时的入射角称为临界角，本仪器测定折射率是基于测定临界角的原理。 图二中当不同角度光线射入AB 面时，其折射都大于i ，如果用一望远镜对出射光线观察，可以看到望远镜视场被分为明暗两部分，二者之间有明显分界线。见图三所示，明暗分界处即为临界角的位置。 图一 图二 图三 图二中ABCD 为一折射棱镜，其折射率为n 2。AB 面上面是被测物体。（透明固体或液体）其折射率为n 1，由折射定律得： 22o 1sin n 90sin n α?=? （1） i sin sin n 2=?β （2） βα+=Φ 则βα-Φ= 代入（1）式得：)sin cos cos (sin n )sin(n n 221βββΦ-Φ=-Φ= （3） 由（2）式得：i sin sin n 2 2 2 2 =β 推出 22 222n i sin n cos ）（-= β 代入（3）式得：sini cos i sin n sin n 2 22 1Φ--Φ= 棱镜之折射角Φ与折射率n 2均已知。当测的临界角i 时，即可换算的被测物体之折射率n 1。 方法：用滴管滴少量甘油于两棱镜面之间，然后对样品进行加热，并稳定在所须要的每个温度上，在阿贝折射仪上读出其相应的折射率值。得到一组不同温度（25℃—90℃）下的甘油折射率值，然后作n —t 图像。（因实验的目的只是测量液体折射率随温度变化的情况，所以不必进行较对）
R 17.224 19.337 21.464 23.598 25.731 27.861 29.984 32.101 T 707580859095100105 U 1.02482 1.01525 1.00552 0.99565 0.98564 0.9755 0.95487 0.93383 T 7580859095100110120 y = 2.4702x + 25.367 R2 = 0.9998 050100150200250 3003500 20 40 60 80 100 120 T /K R/Ω T-R y = -84.801x 2-310.42x + 483.16 R2 = 1 050100150200250 3003500 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 T /K U/V T-U 00.010.020.030.040.05 0.060.070 50 100 150 200 250 300 350 T /K R/Ω 样品电阻/Ω
34.20936.31138.40440.49142.56944.64146.70648.76550.818 110115120125130135140145150 0.890720.868730.84650.824040.801380.778550.755540.73238 140150160170180190200210
52.86554.90656.94258.9736163.02265.04167.05569.066 155160165170175180185190195 0.709080.685640.662080.638410.614650.59080.56690.542940.51892 220230240250260270280290300
电阻与温度的关系 1、导体的电阻与温度有关。 纯金属的电阻随温度的升高电阻增大，温度升高1℃电阻值要增大千分之几。碳和绝缘体的电阻随温度的升高阻值减小。半导体电阻值与温度的关系很大，温度稍有增加电阻值减小很大。 有的合金如康铜和锰铜的电阻与温度变化的关系不大。电阻随温度变化的这几种情况都很用处。利用电阻与温度变化的关系可制造电阻温度计，铂电阻温度计能测量—263℃到1000℃的温度，半导体锗温度计可测量很低的温度。康铜和锰铜是制造标准电阻的好材料。 例如：电灯泡的灯丝用钨丝制造，灯丝正常发光时的电阻要比常温下的电阻大多少？ 钨的电阻随温度升高而增大，温度升高1℃电阻约增大千分之五。灯丝发光时温度约2000℃，所以，电阻值约增大10倍。灯丝发光时的电阻比不发光时大得多，刚接通电路时灯丝电阻 小电流很大，用电设备容易在这瞬间损坏。 2、温度对不同物质的电阻值均有不同的影晌。 导电体——在接近室温的温度，良导体的电阻值，通常与温度成正比: R=R0+aT 上式中的a称为电阻的温度系数。 半导体——未经掺杂的半导体的电阻随温度而下降，两者成几何关系: R=R0×e^(a/T) 有掺杂的半导体变化较为复杂。当温度从绝对零度上升，半导体的电阻先是减少，到了绝大部份的带电粒子 (电子或电洞/空穴) 离开了它们的载体后，电阻会因带电粒子的活动力下降而随温度稍为上升。当温度升得更高，半导体会产生新的载体 (和未经掺杂的半导体一样) ，原有的载体 (因渗杂而产生者) 重要性下降，于是电阻会再度下降。 热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，