实验报告-非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数
非平衡电桥及电阻温度系数的测量
非平衡电桥及电阻温度系数的测量一、实验任务1．掌握非平衡电桥的工作原理与方法；2．熟悉温度控制器的控温过程及使用方法；3．用非平衡电桥测合金材料的电阻温度系数；4．用数字万用表测量热敏电阻（半导体电阻）在不同温度下的阻值。
二、操作要点1．我们希望电桥灵敏度较高，故采用输出对称电桥（卧式桥），即R1=R2，R4=R3，R1≠R4。
R1是待测电阻；R2和R3装在一个小盒子中，是固定电阻；R4是电阻箱。
四个电阻组成一个电桥。
2．预调电桥平衡，使输出电压值只与电阻的变化有关。
我们测材料的电阻温度系数α是指某一温度区间的α，如30℃～70℃时的α；那么预调电桥平衡时R1的温度应稳定在30℃。
3．本实验中我们测两种不同材料电阻阻值和温度的关系，为提高效率，建议在某一预设温度稳定时同时记录两个值。
合金材料的电阻温度系数特别小，故用非平衡电桥来测量；热敏电阻的阻值则直接用数字万用表测量。
当仪器显示温度稳定于预设值时，同时记录非Δ和数字万用测得的热敏电阻的阻值，将测量值填入自行设计的表格平衡电桥输出电压V中。
4．在不同的温度下（温度间隔为5℃），重复步骤3，使测量点达到10个。
5．建议U0取5 V左右，要用数字万用表测量并记录U0，要求有效数字达到3位以上。
三、注意事项1．实验开始前，所有导线，特别是加热炉与温控仪之间的连线应连接可靠。
2．实验测量过程中，尽量避免碰触仪器和接线，以免因电阻接线的微小变化引起电桥的严重失衡，导致测试结果出现极大的误差。
3. 不能用数字万用表的欧姆档测电压，否则会烧坏电表。
4．实验完毕后，应立即切断电源。
5．由于热敏电阻耐高温的局限，设定加温的上限值不超过100℃。
四、报告要求1．分别用作图法和最小二乘法分别计算合金材料电阻的电阻温度系数；2．绘制半导体电阻的电阻～温度（R-T）关系曲线。
五、讨论题1 、2 。
非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数实验报告
非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数实验报告一、实验目的。
1.学会使用非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数；2.熟悉实验用具和试验方法。
二、实验原理。
在非平衡电桥中，若一支臂中包含两个电阻，一个为可变电阻，另一个为热敏电阻，则当电桥平衡时，有：R3/R4=R1/R2。
此时，若让热敏电阻产生一温升，则R1、R2、R3、R4会发生变化。
在一定条件下，将此变化作为出现E1电势的原因，则在改变形成E2的电池电温度的情况下，只要E1不变，电桥仍保持平衡状态，微小电信号产生变化，就能测出热敏电阻的温度系数。
三、实验步骤。
1.连接实验电路，将非平衡电桥电路调整至平衡状态；2.测量R1、R2、R3、R4的标称值；3.利用恒流源产生一恒温度场，测量此时热敏电阻电阻值R5；4.在一定时间内使恒温源的温度升高一定温度后，测量热敏电阻的阻值R'5；5.计算热敏电阻的温度系数α并比较其实验值和理论值的误差；6.关闭电源，清洁实验用具，整理实验记录。
四、实验结果与分析。
测定数据如下：电流（mA）R1（Ω）R2（Ω）R3（Ω）R4（Ω）R5（Ω）R'5（Ω）。
4 506.5 506.5 494.5 506.5 111.5 113.2。
5 506.5 506.5 494.5 506.5 111.5 113.7。
6 506.5 506.5 494.5 506.5 111.5 114.3。
7 506.5 506.5 494.5 506.5 111.5 114.9。
根据测定数据，我们可以计算出α的值与误差：α=(R'5-R5)/(R5*ΔT)，其中ΔT=3°C。
电流（mA）α（K-1）α理论值（K-1）误差。
4 3.3×10-3 3.85×10-3 -14.3%。
5 3.6×10-3 3.85×10-3 -6.5%。
6 4.0×10-3 3.85×10-3 4.0%。
直流非平衡电桥学生报告(终稿)
——数字温度计的制作姓名学号班级桌号同组人本实验指导教师实验地点：第一实验楼401、402、403室实验日期20 14年月日时段三、实验原理：1．直流非平衡电桥直流电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥（非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电桥）电桥需要工作在平衡态下，可以准确测量未知电阻（如单臂电桥）调节要求严格，需要耗费一定的时间。
非平衡电桥工作在非平衡态下，可测量任一桥臂上的物理量变化。
实际生产技术中，往往有些待测量准确度要求不是很高，但需要连续快捷的测量。
如：铁路桥梁的应力检测、产品质量检测及待测量的变化量等，尤其是传感器技术越来越广泛应用于各种非电学量测量、智能检测和自动控制系统中。
在这种情况下，直流非平衡电桥就显示出了优势，这时电桥中某一个或几个桥臂，往往是具有一定功能的传感元件，这3、根据非平衡电桥的表头，选择λ和m ，根据（13）、（14）式计算可知m 、λ为负值。
本实验如使用2V 表头，设计的数字温度计的温度范围为30℃—50℃，数字温度计的分辨率为0.01℃，可选m 为-10mV/℃,λ为测温范围的中心值40℃所对应的电压值-400mV 。
4、计算非平衡电桥上的E 、1R 、2R 、3R 值，并在非平衡电桥上实现。
1)、确定电源E 值（T 1为测温范围的中心值，即40℃）调节“电压调节”旋钮，将“电源输出”端用导线接至“数字表输入”，接通“G ”按钮，212214T 4B E m T B -⎛⎫=⋅= ⎪⎝⎭～50℃的温度测量范围内外，任意设定加热装置的如下几个温度点作为未知温度，用该温度计测量这些未知温度，验证该数字温度计的准确性。
温度t（℃）28 33 41 45 52电压U0(mV)。
非平衡电桥的应用（自组热敏电阻温度计）
非平衡电桥的应用（自组热敏电阻温度计）一.实验任务1.设计一个用热敏温度计作传感元件，用非平衡电桥作指示的温度计。
2.先利用平衡电桥原理，测定不同温度下热敏电阻的阻值随温度变化的实验曲线。
3.利用上述试验点进行曲线拟合，获得热敏电阻之随温度的变化曲线R(t)。
4.利用R(t)对热敏电阻温度计定标。
二.实验原理1.平衡电桥原理测定R(t)I g=0时存在关系：R1R2=R tR3，若同时R1=R2，那么R3=R(t)。
实验时通过调节R3使得I g=0 ，就有R(t)=R32.热敏电阻温度计组装及标定电桥中R1，R2，R3不发生变化。
R(t)变化时I g随之变化；而R(t)的变化是由温度决定的。
这样表头读数的变化就和温度变化建立了一一对应的联系。
温度计定标就是将这种联系表示出来并形成标准的对照表。
（比如将10，20，30，……100摄氏度对应的表头示数列表，这就成为一个温度计标准）三.实验仪器指示用微安表头1个，热敏电阻加热装置1台，标准温度计和温度变送器1个，数字电压表1台，固定电阻2个，电阻箱2个，三路直流稳压电源1台，滑线变阻器和单刀开关各1个，导线若干。
说明：1.微安表头：笔者使用的是指针单向摆动的表头；也可能有双向摆动的。
后者较好，因为时刻都可以知道电流的反正和大小。
前者只能判断一个方向的电流。
2.热敏电阻加热装置(见下页)：接线柱3，4接在40伏的电源上用来给热敏电阻加热；接线柱1，2之间的电阻就是加热后热敏电阻的阻值。
热敏电阻上的小孔后面要用到。
需要小心的是热敏电阻少说要加热到90摄氏度，不要碰到。
3.标准温度计和温度变送器:这里指的就是Pt 电阻温度计。
做过冰的熔解热或者是热导率的测定的同学应该有印象：它的探头在这里要插入热敏电阻加热装置的小孔里，连接它的导线的另一端上的两个插头要插在万用表的测电阻的插孔里。
（详见《基础物理实验》p96）4. 数字电压表:Pt 电阻分度表在实验书上有，在考试的时候也提供。
401 用非平衡电桥测温度
2、选择不同的桥路测量时，应注意选择合适的工作电源。
3、仪器使用完毕后，务必关闭电源。
4、电桥应存放于温度 0℃~40℃，相对湿度低于 80％的室内空气中，不
应含有腐蚀性气体，避免在阳光下暴晒。
5、在用户按规定的使用维护条件下，本产品的保修期为一年。 非平衡电桥的原理和设计应用
电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥，非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电桥。以往在
关。 5、数字直流毫伏表，量程 1：200mV，量程 2：2V，3 位半显示，量程的通过开关切
换，平衡电桥时作指零仪使用，非平衡电桥时作数字电压表使用。 三、仪器结构及说明
仪器面板见图一
1、为工作电源负端； 3、为 R2 电阻端； 6、为 R3 电阻端； 8、为 R3 电阻端：
图一
2、为 R1 电阻端； 4、5 为双桥电流端； 7、为单桥被测端； 9、为工作电源正端；
化的 U0，所以可以检测连续变化的 RX，进而检测连续变化的非电量。
（一） 非平衡电桥的桥路形式
1、等臂电桥
电桥的四个桥臂阻值相等，即 R1=R2=R3=RX0；其中 RX0 是 RX 的初始值，这时电桥处 于平衡状态，U0=0。
2、卧式电桥也称输出对称电桥
这时电桥的桥臂电阻对称于输出端，即 R1= R3，R2= RX0，但 R1≠R2 3、 立式电桥也称电源对称电桥
图四
用二端法(单桥)测量小电阻或引线较长时，接线电阻将带来较大的误差。 用三端法测量，较为简单，且可有效降低测量误差。在图四中，R4、R5、R6 由于接线方式、 长度基本相同，在电桥平衡时 R4、R5 的作用相抵消，R6 因为串接在电源回路，对测量没
有影响。 3、三端法测量电阻同样适用于非平衡电桥实验。
基于非平衡电桥的温度计设计实验报告
基于非平衡电桥的温度计设计实验报告一、实验目的本实验旨在通过设计基于非平衡电桥的温度计，了解其工作原理，熟悉电桥的使用方法和调整技巧，掌握温度计的测量原理和操作要点。
二、实验原理1.非平衡电桥非平衡电桥是一种常用的电桥，它的基本原理是利用电桥平衡时电路中电流为零的特点，通过改变电桥的电阻来测量待测量的物理量。
它由四个电阻组成，其中一个电阻为待测量的物理量，另外三个电阻为已知电阻。
当电桥平衡时，电桥两侧的电势差为零，电流为零，此时输入电压等于输出电压。
2.温度计温度计是一种用来测量温度的仪器，它根据物质在温度变化时的热学性质来测量温度。
常用的温度计有水银温度计、酒精温度计、电阻温度计、热电偶温度计等。
3.基于非平衡电桥的温度计基于非平衡电桥的温度计是一种利用电桥非平衡时的电压差来测量温度的仪器。
它由电桥、电源、放大电路、指示装置等组成。
温度计的电桥中包含一个热敏电阻，它的电阻值随温度的变化而变化，从而导致电桥失平衡，电桥两侧的电势差不再为零。
三、实验步骤1.电路连接将电桥、电源、放大电路、指示装置等按照电路图连接起来。
2.调整电桥调整电桥，使其平衡，即电桥两侧的电势差为零，电流为零。
3.加热待测物加热待测物，使其温度升高，从而导致热敏电阻的电阻值发生变化，使电桥失平衡。
4.测量电压测量电桥两侧的电势差，即非平衡电压。
5.计算温度根据已知的电桥参数和热敏电阻的特性曲线，计算待测物的温度。
四、实验结果通过实验，我们成功地设计出了基于非平衡电桥的温度计，测量了待测物的温度，并得到了准确的测量结果。
我们进一步熟悉了电桥的使用方法和调整技巧，掌握了温度计的测量原理和操作要点。
五、实验结论基于非平衡电桥的温度计是一种常用的温度测量仪器，它利用电桥非平衡时的电压差来测量待测物的温度。
本实验通过设计温度计，使我们更加深入地了解了电桥的工作原理和调整技巧，掌握了温度计的测量原理和操作要点，为我们今后进行相关研究和应用奠定了基础。
实验6 用非平衡电桥研究热电阻的温度特性(090923)
实验6 热敏电阻的温度特性测量注意事项：（1） 本实验内容与教材差别较大，实验前请认真阅读实验室提供的讲义和实验牌，以及任课教师的演示讲解。
（2） 先按实验讲义将电路连接好，经教师检查后再开电源。
（3） 完成实验后，先关闭仪器电源，再关总电源。
实验内容：本实验采用直流电阻平衡电桥（QJ23型）、台式数字万用表（MS8050型）、LCR 数字电桥（YB2811型）三种设备，在室温至100℃范围类分别测量铜电阻Cu R 、正温度系数热敏电阻P R 、负温度系数热敏电阻N R 三种电阻的阻值，并作图分析三种电阻的温度特性。
三种电阻的温度由FB203型多档恒流智能控温实验仪控制。
这是本学期中使用仪器设备最多的实验，实验前必须认真阅读讲义和使用说明书，掌握仪器的使用方法。
1．测量不同温度下铜电阻Cu R 、正温度系数热敏电阻P R 、负温度系数热敏电阻N R 的阻值。
从室温至100℃，每隔5℃测一组数据并记录。
升温过程和降温过程各测一组，取平均值作为被测电阻的阻值。
*下标Cu 是铜的化学式，P 代表Positive ，N 代表Negative 。
2．作Cu R 、P R 、N R 随温度的变化关系曲线，温度T 为横坐标。
3．计算Cu R 、P R 、N R 三种电阻的温度系数。
思考题：为什么热敏电阻有对温度高度灵敏的特性？实验仪器使用方法1．QJ23型直流电阻电桥电桥原理如图1，被测铜电阻Cu R 接面板上的x R 端口，取工作电压E =2V ，按下开关B 并锁定，使电桥工作。
轻按开关G ，观察电流计指针的偏转情况，松开G 。
旋转面板上的几个电阻调节旋钮改变C R 值，再轻按G ，观察指针偏转。
如此循环操作，直至按下G 时指针指向零点不动。
此时电桥平衡，Cx Cu R R R ==。
2．MS8050型数字万用表将FB203型多档恒流智能控温实验仪前面板的热敏电阻输出端口接万用表的“COM ”口和“V ΩHz正负极。
论文资料-实验2用非平衡电桥研究热敏电阻的温度特性-可编辑
1、引言热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件，其电阻温度系数一般为（-0.003~+0.6）℃-1。
因此，热敏电阻一般可以分为:Ⅰ、负电阻温度系数（简称NTC）的热敏电阻元件常由一些过渡金属氧化物（主要用铜、镍、钴、镉等氧化物）在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的，近年还有单晶半导体等材料制成。
国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。
由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离，即载流子浓度基本上与温度无关，因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系，随着温度的升高，迁移率增加，电阻率下降。
大多应用于测温控温技术，还可以制成流量计、功率计等。
Ⅱ、正电阻温度系数（简称PTC）的热敏电阻元件常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺，高温烧制而成。
这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随温度的变化相对可以忽略。
载流子数目随温度的升高呈指数增加，载流子数目越多，电阻率越小。
应用广泛，除测温、控温，在电子线路中作温度补偿外，还制成各类加热器，如电吹风等。
2、实验装置及原理【实验装置】FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥，FQJ非平衡电桥加热实验装置（加热炉内置MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）以及控温用的温度传感器），连接线若干。
【实验原理】根据半导体理论，一般半导体材料的电阻率和绝对温度之间的关系为（1—1）式中a与b对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料的物理性质有关。
因而热敏电阻的电阻值可以根据电阻定律写为（1—2）式中为两电极间距离，为热敏电阻的横截面，。
对某一特定电阻而言，与b均为常数，用实验方法可以测定。
为了便于数据处理，将上式两边取对数，则有（1—3）上式表明与呈线性关系，在实验中只要测得各个温度以及对应的电阻的值，以为横坐标，为纵坐标作图，则得到的图线应为直线，可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数a、b的值。
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大学物理实验报告
实验5-2 非平衡电桥测量热敏电阻的温度系数
一、实验目的
用非平衡电桥研究热敏电阻特性，并求出具体热敏电阻的特性参数和温度系数
二、实验器材
热敏电阻、数字万用表、ZX-21型电阻箱、滑线变阻器、固定电阻器、水浴锅、温度计、直流稳压电源等。
三、实验原理
（1）在电桥平衡时，桥路中的电流Ig=0（如图），桥臂电阻之间存在如下关系：
R1/R2=Rx/R3
如果被测电阻的阻值Rx 发生改变而其他参数不变，将导致Ig ≠0，Ig 是Rx 的函数.因此，可以通过Ig 的大小来反映Rx 的变化。
这种电桥称为非平衡电桥，它在温度计、应变片、 固体压力计等的测量电路中有广泛应用.
（2）热敏电阻是用半导体材料制成的非线性电阻，其特点是电阻对温度变化非常灵敏.与绝大多数金属电阻率随温度升高二缓慢增大的情况完全不同，半导体热敏电阻随温度升高，电阻率很快减少.在一定温度范围内，热敏电阻的阻值Rt 可表示为：
Rt=aexp(b/T)
式中T 为热力学温度,a 、b 为常量，其值与材料性质有关. 热敏电阻的电阻温度系数α定义为：
2d T
b
RtdT Rt -==
α
四、实验步骤
（1）热敏温度计定标：①如图连接线路（接线时不要打开电源），其中Rx 为热敏电阻，R3为试验中给出的总阻值为1750Ω的滑动变阻器.将Rx置于水浴锅中，注意不能接触水浴锅的壁和底.②调节R1为1000Ω，R2为100Ω，R3大约处在1500Ω的位置，打开直流稳压电源，调节电源电压为2V，数字万用表置于2mA档(先不要打开水浴锅电源）。
③从Ig=0时开始测量。
调节Ig=0后，先将水浴锅设于“测温”，再打开水浴锅电源，马上记录下此时温度显示值t。
④将水浴锅设于"设定",旋转"温度设定"旋钮至90℃ ,水浴锅开始对热敏电阻加
热。
记录10组不同温度t下的Ig,每隔5℃测一次,得到热敏电阻的定标曲线
t-Ig。
（2）利用已记录的Ig,把热敏电阻换成电阻箱,通过调节电阻箱的阻值,使数字万用表显示相应的Ig,从而测出对应的Rt,得到Rt-t曲线,并根据数据组
（Rt，T）,对Rt=aexp(b/T)进行变量变换,变成表达式Y=A+BX形式,利用最小二乘法拟合得到具体热敏电阻的特性参数a、b。
（3）由求得的B，计算相应温度下的热敏电阻的温度系数。
五、数据收集
六、数据处理
根据数据组（Rt，T）,对Rt=aexp(b/T)进行变量变换,变成表达式Y=A+BX 形式,利用最小二乘法拟合得到具体热敏电阻的特性参数a、b。
T(K)1/T（1/k）Rt/Ωln R
318.15 3.143×10-344108.392
323.15 3.095×10-337108.219
328.15 3.047×10-331008.039
333.15 3.002×10-325907.860
338.15 2.957×10-321757.685
343.15 2.914×10-318557.526
348.15 2.872×10-315757.362
353.15 2.832×10-313457.204
358.15 2.792×10-311677.062根据以上数据，做lnR～１/T图有
由图可知，y=1659.2x-1.5674的斜率为3821.6，截距为-3.6126，有lna=-3.6126，a=0.0270，b=3821.6。
作T b ae R =的图像，其中a=0.0270，b=3821.6，作函数T
e R 6.3821027.0=的函数
图像如下表：
选取t=62℃、72℃两组温度作为实验对照组，其中测量数据如下：
对照组 t/℃ T/K Ig/mA R 真实/Ω 1 62 335.15 0.503 2423 2
72
345.15
0.745
1730
由T
t e
R 6.3821027.0=可以计算得：
1.2418027.015.3356.38211==e
R 验证Ω 8.1737027.015
.3456.38212==e
R 验证Ω
则R 的验证值和真实值之间的误差为：
%
45.0%1001730
|
1730-.81737|%100|-|%
20.0%1002423|
2423-418.12|%100|-|222111=⨯=⨯=⨯=⨯真实真实验证真实真实验证R R R R R R
在一定误差允许范围内，可以认为R 的测量值等于计算值，即热敏电阻的阻值Rt
可以表示为T
t e
R 6.3821027.0=。
由热敏电阻的电阻温度系数α定义为：2d T
b
RtdT Rt -==
α 计算得2
223821.6
-3821.6-T
T T b =-==α 即热敏电阻的电阻温度系数
α=2
6
.3821-T
七、实验结论
通过非平衡电桥测量热敏电阻的方法，可以测量出热敏电阻具体的特性参数和温度系数，其中在一定的温度范围内，热敏电阻的阻值Rt 可以表示为Rt=0.027exp(3821.6/T)，热敏电阻的电阻温度系数α=2
6
.3821-T。
八、误差分析
1、升温过快，电阻数据记录不够准确。
2、所用温度计直接碰在烧杯测量，测量温度和实际温度有一定误差。