实验讲义-功能材料专业 - 图文

的准确度及一致性，无须再校准。输出电压的温度系数KV?10.0mV/?C，利用下式可计算出被测温度t(?C):

U0?KVt?(10mV/?C)t

即： t(?C)?U0/10mV （1）

LM35温度传感器的电路符号见图4，Vo为输出端。实验测量时只要直接测量其输出端电压Uo，即可知待测量的温度。 三、实验仪器

FB820型温度传感器温度特性实验仪 1台及五种不同的温度传感器 四、实验步骤

按图14-3接线。控温传感器Pt100铂电阻(A级)已经装在致冷井和加热干井炉中与其它井孔离中心相同半径的位置,保证其测量温度与待测元件实际温度相同。在环境温度高于摄氏零度时，先把温度传感器放入致冷井中（图中实线所示），利用半导体致冷把温度降到0?C，并以此温度作为起点进行测量，每隔10?C测量一次，直到需要待测温度高于环境温度时，就把温度传感器转移到加热干井中，然后开启加热器，控温系统每隔10?C设置一次，待控温稳定2min后，测试传感器(LM35)的输出电压，数据记入表3：

表3 LM35温度特性测试数据 3 4 5 6 7 20 30 40 50 60 序号 1 0 2 10 8 70 9 80 10 90 11 100 t(?C) U0(V) 得到数据用最小二乘法进行拟合得: A?__________ ，r?____________ 。

(实验报告中具体给出利用最小二乘法的数据处理过程)

第三章 半导体热电特性综合实验仪

实验三 电阻温度计与非平衡直流电桥

直流电桥是一种精密的电阻测量仪器,具有重要的应用价值.按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥.平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂电桥（惠斯登电桥）、双臂直流电电桥（开尔文电桥）.它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量.非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其他物理量，如温度、压力、形变等.

一、目的要求

学习与掌握用非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻在基本原理和操作方法. 学习与初步掌握非平衡电桥的设计方法；学习与掌握根据不同待测电阻值选择桥式.

二、实验仪器

1. YJ-SB-1半导体热电特性综合实验仪、2. Pt100温度传感器、3.数字万用表（自备）、4.非平衡直流电桥及应用实验模板、5.热敏电阻温度传感器 .

三、实验原理

非平衡电桥原理如图3所示：B、D之间为一负载电阻Rg，只要测量电桥输出

B R4=Rx I4 C I3 R2 I2 R3 D Ug、Ig即可得到Rx值.

电桥分类

等臂电桥：R1=R2=R3=R4. 输出对称电桥，也称卧式电桥：R1=R4=R，R2=R3=Rˊ,且R≠Rˊ.

电源对称电桥，也称立式电桥：R1=R2=R，R3=R4=Rˊ,且R≠Rˊ.

输出电压

当负载电阻Rg+→∞，即电桥输出处此种情况.

US 图3 A R1 I1 Ug 于开路

状态时，Ig=0，仅有电压输出，用U0表示，若后面接数字电压表或高阻抗放大器时属根据分压原理，ABC半桥的电压降为US，通过R1、R4两臂电流为

US （1） I1?I4?R1?R4

则R4上的电压降为

UBC?R4?US （2）

R1?R4 UDC?R3?USR2?R3

（3）

同理R3上的电压降为

输出电压U0为UBC与UDC之差

U0?UBC?UDC?R2R4?R1R3?US(R1?R4)(R2?R3)R1R3者 R?R24 （4）

满足条件

R1R3?R2R4或

（5）

时，则电桥输出U0=0，即电桥处于平衡状态，式（5）就称为电桥平衡条件.为了测量的准确性，在测量的起始点，电桥必须调至平衡，称为预调平衡.这样可使输出只与某一臂的电阻变化有关.

若R1、R2、R3固定，R4为温度之函数Rt=R（t）=Rx，则当温度从t→t+Δt

R2R4?R2?R?R1R3?US(R1?R4)(R2?R3)??R(R2?R3)

（6）

时，R4→R4+ΔR，因电桥不平衡而产生的电压输出为

U0(t)? 若阻值变化很小，即ΔR<

（7）

可以略去，室温t0时预调平衡，则（6）式变为

R2?RU(t)??US 0(R1?R4)(R2?R3)

由此可得三种电桥的输出为 等臂电桥

U?RU?R1U0(t)?S???S?4R1?1??R4R（8）

2R

卧式电桥

US?RUS?R 1U0(t)?????1?R4R 4R1??2R （9）

立式电桥

U0(t)?US?RR??R1RR??R???U??S(R?R?)2R1?1??R(R?R?)2R2R