热敏电阻特性测量及其应用.doc

实验指导书

课程名称：大学物理实验
指导教师 ：
姓名：黄思文
专业班级：土木0906班

——相信大家已经对书上的原理非常清楚了，只是在设计实验这一块儿上缺乏足够的经验罢了，实际上在分析一下原理和实验仪器的基础上，寻找二者的联系，那么就会有头绪了。

如何设计热敏电阻特性实验
实验仪器：A---------杜瓦瓶，冰块，电炉，烧杯，试管，硅油；
B---------直流稳压电源，实验电路板，运放器，电阻，发光二极管。
不妨观察
A——杜瓦瓶+冰块——创造稳定存在的0摄氏度环境杜瓦瓶就是保温瓶）
电炉+烧杯+硅油——创造稳定存在的100摄氏度环境（硅油的作用似乎是绝缘）
B——直流稳压电源+实验电路板+热敏电阻+可调电阻箱——实验控制电路
运放器+发光二极管——比较电路
所以，测量热敏电阻的电阻参数就非常简单了
实验方案：
一 实验思路：通过测得两组特定温度下对应的电阻值，即求得T1，R1; T2，R2的情 况下，解关于R=的两个方程就行了。
二 实验步骤：
1 测量热敏电阻在0摄氏度条件下的电阻R1。将放在冰箱中的冰块取出后放在杜瓦瓶中，向杜瓦瓶中加入适量的水，将热敏电阻放入冰水混合物中，一段时间后用万用电表测待测电阻的阻值R1,如此重复五到六次。（注意每次测量时间不宜过长，因为通电会引起电阻发热，所以读数时要仔细观察读数变化，并选取适当的值作为最终值。）
2.测量热敏电阻在100摄氏度条件下的电阻R2。将电阻从冰水混合物中 取出，向烧杯中加入水（看具体的实验条件，试验不提供硅油时，则用水；若提供硅油， 则温度要发生变化，具体要看硅油的沸点）。将烧杯放在电炉上，电阻可以在水沸腾以后再放进去，如此进行五到六次实验。
3.实验数据处理阶段，实验数据表见下方：

序号
环境
1
2
3
4
5
平均值
冰水R(欧姆)

沸水R(欧姆)

将实验数据的平均值计算出来以后，带入方程即可解得

设计温控开关的方法
这里需要了解运放器的作用和连接方法：
运放器的简单介绍

在电子电路中，常利用运算放大器高电压增益的特性，将其用作电压比较器。
图5-3-2 LM324引脚排列图
LM324是一种四运算放大器，其开环电压增益ADV > 105，最高电源电压32V，最高输出电压为V+－1.5V，引脚排列如图29—2：

图5-3-1集成运放的表示符号

那么在了解运放器的功能后，就知道如何设计温控开关了

运放器+热敏电阻+电阻箱+发光二极管 设计温控开关
电阻按从左到右，从上到下的顺序依次为：
R1，R2，R3，R4；另外，第一个三角形表示运放器（两个输入端，一个输出端）；第二个表示发光二极管（具有朝向尖端的单项导通性）。

实验电路原理：

1. 电桥原理：
对于四个电阻两两串联，然后再并联在一起的电路，如果满足R1/R2=R3/R4，（其中R的描述见上图），那么运放器的两个输入端（标有+ -）就没有电势差， 如此一来，在输出端就没有电流，也就相当于二极管中没有电流通过，发光二极管不亮。

2. 参数确定：
原理1就相当于温控开关未打开；R1，R2是固定阻值的电阻；R3实际上就是实验中的温控电阻(=R3)，它的电阻值是温控开关报警温度T（二极管发光温度，实验一般用常温下的阻值）下的理论计算值；而R4是为满足R1/R2=R3/R4（一般是1:1/1:1）的设定值，试验中将T温度下的热敏电阻值计算出来后,调节电阻箱的阻值为R4=即完成电路参数的确定。
3. 温控原理：
介绍完原理1,2估计大家都应该知道电路是如何工作的的了——对于本图而言，温度在T以下时，正极输入端的电位小于等于负极，二极管不亮；当温度升高到T以上时，正极输入端电位大于负极，二极管中通过有正向电流，导通发光，温控目的达到。

温控开关设计方案及步骤：
1， 按图连接各元件，按R1/R2=R3/R4（一般来说老师给的电阻R1=R2，故调节R4==R3即可）将各个参数设定好。注意实验给定的不再是导线和电极，而是电路板和细导线，注意逻辑连接方式和检查实验电路的正确性。
2， 将电阻元件放入低于T温度下的环境，灯不亮；放入高于T温度下的环境时二极管发光，实验目的达到。

实验注意事项

实验一：1，注意操作两种温度条件下的电阻测量步骤时要保证电阻的确处于该温度下，即温度不能与外界介质接触而发生变化

2,注意电阻是发热元件，故不应该在通电太长时间的情况下测电阻值，每测量一次就赶快与测量仪器（万用表）断开。否则将影响电阻组织测量进而影响两个参数的理论计算。

实验二：1，实验一的结果对实验二有很大的影响，故实验一的结果要慎重处理。
2，试验中电路一定要连接正确，这与电路板的特性有很大关系。

实验发散思考：

1 ，实验的电阻测量应该注意什么？（见上）
2 ，实验二的电路是唯一的吗？还有同类型的其他链接方法吗？不同类型的呢 ？

答：（此文件为笔者制作，故仅做参考，望大家思考）
同类型的电路不是唯一的，这是因为
1 电路中的电阻箱和热敏电阻方位可以互换；
2 运放器的正负极输入端可以连接在不同的并联支路；
3 二极管的方向可以与输出端电流通向，也可以不同。
总的来说有不少于八种接法，但结果只有两种，温度超过时二极管亮或者温度低于T时二极管亮。
不同类型的电路此处请自己思考。

附件：实验指导书电子版
热敏电阻特性测量及应用
热敏电阻器是一种电阻值温度变化的电子元件。它可以将温度量直接转换为电学量，在工作温度范围内，其电阻值随温度升高而增加的电阻器称为正温度系数热敏电阻器，简称PTC热敏电阻器，反之称为负温度系数热敏电阻器，简称NTC热敏电阻器。热敏电阻器在温度测控、现代电子仪器及家用电器（如电视机消磁电路、电子驱蚊器等中有广泛用途。
【实验目的】
1. 了解热敏电阻的特性；
2. 学会测量热敏电阻的参数；
3. 通过制作温控开关学习热敏电阻的应用。
【实验原理】
NTC热敏电阻值R随温度T变化的规律由式5-3-1表示
（5-3-1）
其中：——25℃时的电阻值；
——材料常数；
——热敏电阻的温度，单位K。
实验中通过测定两个特定温度下NTC的阻值，确定其参数与，那么，对未知温度即可通过测出其对应的电阻值，然后由公式5-3-1算得出。
【实验仪器】
数字万用表，杜瓦瓶，冰块，电炉，烧杯，试管，硅油；直流稳压电源，实验电路板，集成运算放大器（LM324集成运算放大器是一种高增益直流放大器，其符号如图5-3-1。它具有高电压增益和高输入阻抗的特点。
）， 电阻及发光二极管等电子元件。
【实验要求】
1. 拟定确定待测参数与的实验方案；
2. 写出电阻与温度的关系式；
3. 测环境温度。
4. 用热敏电阻作为测温元件，制作一个温控开关。

【参考资料】
《电子爱好者实用资料大全》，电子工业出版社，1989年
如用ADV表示运算放大器的开环电压增益，则放大器的输出电压U0为：

在电子电路中，常利用运算放大器高电压增益的特性，将其用作电压比较器。
图5-3-2 LM324引脚排列图
LM324是一种四运算放大器，其开环电压增益ADV > 105，最高电源电压32V，最高输出电压为V+－1.5V，引脚排列如图29—2：
图5-3-1集成运放的表示符号

本文作者：黄思文 武汉理工大学土木工程系2009级