热敏电阻温计的设计与安装.docVIP

热敏电阻温度计的设计安装与使用 张鹏 （辽宁科技大学 材料与冶金学院 冶金12-A1 学号：120123202078） 摘要：用半导体热敏电阻作为传感器，设计制作一台测温范围为20~70℃的半导体温度计，利用“非平衡电桥”的电路原理来实现对温度的测量，并依据实验数据画出t-Ig的定标曲线。 关键词：NTC热敏电阻；非平衡电桥；温度计；定标曲线 中图分类号：0447 文献标识码： A 文章编号： 引言 热敏电阻是一种敏感元件，其特点是电阻随温度的变化而显著变化，因而能直接将温度的变化转换为电量的变化，也就是说能将温度信号转化为电信号，从而实现了非电量的测量。热敏电阻一般是用半导体材料制成的温度系数范围约为：（－0.003~＋0.6）／℃。热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成PTC热敏电阻和NTC热敏电阻两类。 NTC热敏电阻是以锰、钴、镍铜和铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制成。这些金属氧化物都具有半导体性质。近年来还有用单晶半导体如碳化硅等材料制成的（国产型号 MF91~MF96）负温度系数热敏电阻器。NTC热敏电阻做为温度传感器具有体积小，结构简单，灵敏度高，并且本身阻值大，一般在102~105之间，不需要考虑引线长度带来的误差，易于实现远距离测量和控制。NTC热敏电阻的测温范围较宽，特别适用于－100~300℃之间的温度测量。NTC热敏电阻在工作温度范围内，其阻值随温度增加而显著减小，大多用于测温和控温，可以制成流量计和功率等。它在自动化、无线电技术、测温技术等方面都有广泛应用。 1 实验原理 1.1 负温度系数热敏电阻的温度特性 统计理论指出，热敏电阻的电阻值与温度的关系为：Rt = A·exp B／T，其中A、B—半导体有关的常熟（理论分析和实验结果表明，B值随温度略有变化，但在一般工作温度范围内近似为常数；B值越大，阻值随温度的变化越大）; T表示热力学温度。t表示摄氏温度，且T＝273.15＋t；Rt—在摄氏温度为t时的电阻值，随温度上升，其电阻值呈指数关系下降（如图一）。 图1 负温度系数热敏电阻的温度特性 图2 非平衡电桥 图3 热敏电阻温度计的实验电路图 图4 定标曲线 1.2 非平衡电桥 电桥是一种用比较法进行测量的仪器。所谓非平衡电桥，是指在测量过程中电桥是不平衡的。桥路上的电流不为零，桥路上的电路的大小与电源电压，桥臂电阻有关。 利用非平衡电桥进行测量时，应具体选定，除待测电阻外其他电阻的阻值以及电源电压，这样待测电阻Rt与桥路上的电流Ig 就有唯一对应的关系，确定Rt-Ig的关系的过程，即为非平衡电桥的定标。 如图3所示的温度计的实验电路与图2所示的原理图相比有三点不同： 增加了一个二极管LED，作为电源指示，他的工作电压为1.3V； 检流计G换成微安表头（因为检流计只能作为平衡指示器，不能提供读数）； 在bd支路中增加一个“校准”支路，当S2搬至“校”时，温度计处于“校准”状态，当S2搬至“测”时，温度计处于“测量”状态。S2是该仪表的状态选择开关。 将电路中各元件按图3安装好后，就可以进行温度测量了。也就是在刻度盘上直接按温度来标定。但微安表指示值是电流值而不是温度值。怎样才能通过微安表的偏转来读出相应的温度值呢？ 通过定标试验来标绘一条定标曲线（如图4），有了定标曲线，就可以找到与任一电流值IRt相对应的温度值ti,这样就可以在刻度盘上直接按温度来定标。这样指针的偏转即能显示电流值又能显示温度值。 由于一定的温度对应一定的Ig（t），因而可将微安表改装成温度表，由于Ig随t的变化时非线性的，所以改装的温度表是非均匀的。实验中应注意合理选取电路参数。 2 实验仪器 热敏电阻温度计试验仪 NTC热敏电阻 温度计 万用表 旋转式电阻 3 实验过程与方法 1、计算 2、用万用表量实验仪器上的R1、R2，使R1=R2=（上述计算值）KΩ； 3、按图3接线 4、电源程序开关打开，表上有指示值接上电阻箱（用电阻箱取代Rt） （1）开关倒向测量端使Rt=Rt1，如果μA表不指零，调R3使μA指零，此时R3=Rt1； （2）使Rt=Rt2，如果μA表不满偏，调分压器R，使μA表满偏此时Ucd达设定值（1.3V）； （3）在以上已调定的状态下，开关倒向校准端，调