PTC陶瓷热敏电阻器的阻温特性测试

实验 PTC 电阻阻-温特性测量

1． 实验目的

⑴ 掌握测量PTC 热敏电阻器的阻温特性的原理及过程；

⑵ 根据所测试出的曲线，对其特性和性能做出初步分析。

2． 实验原理

正电阻温度系数PTC 热敏半导体陶瓷材料的电阻率ρ是随温度T 的升高而增大的。由半导体物理可知，一般半导体材料的阻-温特性可以近似地用下式表达：

()1T B Ae =ρ

其中，A 、B 为常数。可以通过实验测定材料的A 、B 值。其过程如下：

在温度T=T 1时测得元件的电阻为R 1，在T=T 2时测得元件的电阻为R 2，则

()2111T B T Ae S

L S L R ==ρ ()3222T B T Ae S L S L R ==ρ

()21112

1T B e R R -= ()()()4ln ln ln ln 111

2212121121T T R R T T R R T T B --=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=- 将（4）代入（2）得 ()

121221ln ln 11T T R R T B e L S R e L S R A ---==

这里，L 为元件长度，S 为元件截面积。

在测量热敏材料的温度特性时，要求在零功率下进行。所谓元件的零功率，就是指测量时在元件上所加的电压不致使元件本身

发热而引起阻值变化的最大功率。一般

热敏电阻的零功率约为几伏的范围。

本实验介绍两种测试方法，即电桥

法和分压法：

⑴ 电阻式电桥法：电桥电路是测量电阻

的一种常见电路。直流惠斯登电桥是电

桥电路中最简单的一种，也是其他种类

电桥的基本类型。其原理电路如图1所

示。图中R t 、R 2、R 3、R 4四个电阻连接

成封闭环形，其连接点a 、b 、c 、d 称作

电桥的顶点，电阻R t 、R 2、R 3、R 4

的支

路称作桥臂。在电桥的对角线cd 上连接检流计G ，在另一对角线ab 上连接直流电源E 。因此ab 又可称为电源对角线，cd 又可称为测量对角线。R t 为被测样品电阻，R 2、R 3、R 4为标准电阻，K 1为电源支路开关，K 2为检流计支路开关。当K 1、K 2均闭合时，改变标准电阻R 2、R 3、R 4的大小，使得检流计支路的电流I 0=0，这时，读取标准电阻R 2、R 3、R 4的值，利用公式

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3R R R R t =

就可得到未知电阻的值。在测量时，样品R t 应置于温度可以控制的恒温器内。当R t 随着温度的变化而变化时，调节R 2或者改变R 3、R 4的比例就可以测出不同温度下的R t 。但是由于NTC 热敏电阻的阻值随温度的变化很大，约为几个数量级以上，一般的电桥不易满足测量的要求。所以我们再介绍下面的分压法。

⑵ 分压法：

分压法测量电阻的电路可以分为以下两种：在图2所示电路中E 为一直流稳压电源，取1.5V 左右。R t 为被测样品，R N 为标准可调电阻，K

为开关；V 1、V 2为直流电压表，一般采用数字式直流

电压表。

当K 与R t 接通时，调节R 0使V 1读数为某一值，

然后将K 与R N 接通，此时R 0不变，调节R N 使V 1的

读数不变，这时有R N =R t 。

这种测量充分保证了元件的零功率，但是要求R N

的变化范围很大，而图3所示的电路既能够保证元件

的零功率，又可克服上述困难。在图3中，R t 为被测

样品，R N 为标准可调电阻，E 为直流稳压电源，

V 1和V 2为数字式直流电压表，R t 可由下式给出()t N N

t R R R V V R <<⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=112

原则上，测量时调节R N ，使V 1为常数，

就可测出R t 。由于R t 随温度的升高而减小，

加在R t 上的电压也随之不断减小。如果一开

始给定的电源电压V 2就满足零功率的要求，

以后就不会出现超过零功率的情况。

在测量时，如果取V 2/V 1=11，则有

R t =10R N 。R t 的值可通过标准电阻R N 直接读出。此时，应该调节R N 使指示电压表V 1的读数为常数，而V 2是电源电压保持不变，于是读取R N 的大小舅可知道R t 的值。这种方法的精度很高。本实验测试用仪器原理就采用图3所示的测量电路。

3． 实验设备：

⑴ 普通商用电脑一台；

⑵ PTCR- ZWX-B 型控制箱一台；

⑶ 表式和台式万用表各一台；

⑷ ZWX-B 型加热炉一台；

⑸ 被测样品若干。

4．实验步骤

⑴检查系统联线（包括计算机、控制箱、台式万用表和加热炉）；

⑵打开计算机电源，启动计算机；打开台式万用表电源、打开控制箱的电源；

⑶用表式万用表测试各个样品的阻值，并做好记录；再将样品装在夹具上，样品编号如下图4所示；

图4 夹具上样品编号图

⑷计算机正常启动后，双击桌面上PtcrRT图标即可进入如图5所示开始画面，输入正确的用户名和密码后，进入主菜单图6，然后按程序操作说明提示进行。

图5 PTCR 测试程序启动画面

图6 PTCR 测试程序启动画面主菜单⑸根据实验记录，软件作出R t~t的关系曲线。