ρ=a0e^(b/T)
根据电阻定律,热敏电阻的阻值为
R=ae^(b/T)其中a、b待定,由实验求出。金属电阻和热敏电阻温度特性的物理实验中,为什么要验
一、热电阻:
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。
热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外,现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。金属热电阻常用的感温材料种类较多,最常用的是铂丝。工业测量用金属热电阻材料除铂丝外,还有铜、镍、铁、铁-镍等。
二、热敏电阻:
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,它们同属于半导体器件。3、惠斯通电桥原理当电桥平衡时,B,D之间的电势相等,桥路电流I=0,B,D之间相当于开路,则pB=pD;I1=Ix,I2=I0;于是I1R1=I2R2,I1RX=I2R0由此得R1/RX=R2/R0或RX=R0R1/R2
(1)式即为惠斯通电桥的平衡条件,也是用来测量电阻的原理公式
欲求RX,调节电桥平衡后,只要知道R1,R2,R0的阻值,即可由(1)式求得其阻值
2、热敏电阻温度计原理热敏电阻是具有负的电阻温度系数,电阻值随温度升高而迅速下降,这是因为热敏电阻由半导体制成,在这些半导体内部,电子数目随温度的升高增加的很快,导电能力很快增强,虽然原子振动也会加剧并阻碍电子的运动
但这样作用对导电性能的影响远小于电子被释放而改变导电性能的作用,所以温度上升会使电阻下降
这样我们就可以测量电桥非平衡时通过桥路的电流大小来表征温度的高低
3、热敏电阻的电阻—温度特性曲线可以看出其阻值随温度升高而很快减小,用它来设计测温计或传感器是很灵敏的
为了用它来制作测温计,首先要测定它的电阻—温度特性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有用处。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。最简单的实验方法是:用电阻表(万用表的电阻挡位)测被测材料的电阻值。测量的同时加热,看阻值有没有变化,有变化就说明与温度有关,随温度升高电阻值减小的就是负温度系数的电阻材料,随温度升高电阻值升高的就是正温度系数。
需要注意的是。我们常见的铜,铝,铁等金属材料的电阻率的温度系数很低所以温度有很大的变化时电阻才有一点变化。而且这些材料的电阻率很低,几米长的线才零点几欧姆,普通的万用表电阻档只能测到欧姆级别,不容易观察。热敏电阻是对温度变化表现出非常灵敏的一种半导体电阻元件,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。
热敏电阻温度特性的测量原理
利用热敏电阻作为感温元件,并且配有温度显示装置的温度仪表称为热敏电阻温度计热敏电阻能把温度信号变成信号,从而实现了非电量的测量。值得提出的是,电量测量是现代测量技术中简便的测量技术,不仅测量装置简单、造价低、灵敏度高、而且容易实现自动化控制,是测量技术的一个重要的发展趋势。
热敏电阻的基本特性是它的温度特性,许多材料的电阻随温度的变化而发生变化,纯金属和许多合金的电阻随温度增加而增加,它们具有正的电阻温度系数。另外像炭、玻璃硅和锗等材料的电阻随温度的增加而减小,具有负的电阻温度系数。
在半导体中原子核对价电子的约束力要比金属中大,因载流子数少,故半导体的电阻率较大而纯金属的电阻率较小。由于半导体中载流子数目是随着温度的升高而按指数规律急剧增加,载流子越多,导电能力越强,电阻率就越小,因此半导体热敏电阻的阻值随着温度的升高电阻率将按指数规律减少。
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