【实验简介】热敏电阻是一种电阻值随其电阻体的温度变化呈显著变化的热敏感电阻。它多由金属氧化物半导体材料制成。也有由单晶半导体、玻璃和塑料制成的。由于热敏电阻具有体积小、结构简单、灵敏度高、稳定性好、易于实现远距离测量和控制等优点，所以广泛应用于测温、控温、温度补偿、报警等领域。通过本实验掌握平衡电桥和非平衡电桥的测量原理及非平衡电桥的定标方法，了解热敏电阻的温度特性，以及测温时的实验条件，掌握QI19电桥和指针式灵敏电流计的使用，测定热敏电阻热敏指数及温度系数，学会用图解法处理数据。【预习、操作要点】1.平衡电桥、非平衡电桥。电桥是一种用比较法进行测量的仪器，由于它具有很高的测量灵敏度和准确度，在电测技术中有极为广泛的应用，不仅能测量多种电学量，如电阻、电感、电容、互感、频率及电介质、磁介质的特性：而且配适当的传感器，还能用来测量某些非电学量，如温度、湿度、压强、微小形变等。电桥分直流电桥和交流电桥两大类，由电源、桥臂、桥路三部分组成。利用直流电桥测量电阻的过程就是通过调节桥臂电阻阻值，使流经桥路的电流为零，此时桥路两端电位相等，对应桥臂电阻乘积相等，从而求出待测电阻。此即平衡电桥测电阻原理、方法。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，桥路上电流的大小与电源电压、桥臂电阻有关。利用非平衡电桥进行测量时，应具体选定、除待测电阻外其它电阻的阻值以及电源电压，这样待测电阻欣与桥路上电流Ig就有一一对应的关系，确定Rx～Ig关系的过程，即为非平衡电桥的定标。用已标定好的非平衡电桥在不改变其工作状态下，就可以进行有关测量。2.热敏电阻。所谓热敏电阻是指其电阻值随温度的变化而发生明显变化的热敏感电阻。由于热敏电阻阻值对温度变化的敏感性，加上其体积小、结构简单、灵敏度高、稳定性好、易于实现远距离测量和控制等优点，广泛用于测温、控温、温度补偿、报警等领域。3.清楚QJ-19电桥、指针式灵敏电流计的正确掌握使用方法。清楚QJ-19电桥接线、电源电键、粗、细、短路按键的功用（参照图3-7-2），清楚指针式灵敏电流计的调零、短路、电计。注意按键的跃按式操作。4.选取实验测量条件
【实验简介】 热敏电阻是一种电阻值随其电阻体的温度变化呈显著变化的热敏感电阻。它多由金属氧化物半导体材料制成。也有由 单晶半导体、玻璃和塑料制成的。由于热敏电阻具有体积小、结构简单、灵敏度高、稳定性好、易于实现远距离测量 和控制等优点，所以广泛应用于测温、控温、温度补偿、报警等领域。通过本实验掌握平衡电桥和非平衡电桥的测量 原理及非平衡电桥的定标方法，了解热敏电阻的温度特性，以及测温时的实验条件，掌握 QJ19 电桥和指针式灵敏电流 计的使用，测定热敏电阻热敏指数及温度系数，学会用图解法处理数据。 【预习、操作要点】 1．平衡电桥、非平衡电桥。 电桥是一种用比较法进行测量的仪器，由于它具有很高的测量灵敏度和准确度，在电测技术中有极为广泛的应用，不 仅能测量多种电学量，如电阻、电感、电容、互感、频率及电介质、磁介质的特性；而且配适当的传感器，还能用来 测量某些非电学量，如温度、湿度、压强、微小形变等。 电桥分直流电桥和交流电桥两大类，由电源、桥臂、桥路三部分组成。利用直流电桥测量电阻的过程就是通过调节桥 臂电阻阻值，使流经桥路的电流为零，此时桥路两端电位相等，对应桥臂电阻乘积相等，从而求出待测电阻。此即平 衡电桥测电阻原理、方法。 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，桥路上电流的大小与电源电压、桥臂电 阻有关。利用非平衡电桥进行测量时，应具体选定、除待测电阻外其它电阻的阻值以及电源电压，这样待测电阻 Rx 与 桥路上电流 Ig 就有一一对应的关系，确定 Rx～Ig-关系的过程，即为非平衡电桥的定标。用已标定好的非平衡电桥在 不改变其工作状态下，就可以进行有关测量。 2．热敏电阻。 所谓热敏电阻是指其电阻值随温度的变化而发生明显变化的热敏感电阻。由于热敏电阻阻值对温度变化的敏感性，加 上其体积小、结构简单、灵敏度高、稳定性好、易于实现远距离测量和控制等优点，广泛用于测温、控温、温度补 偿、报警等领域。 3．清楚 QJ-19 电桥、指针式灵敏电流计的正确掌握使用方法。 清楚 QJ-19 电桥接线、电源电键、粗、细、短路按键的功用（参照图 3-7-2），清楚指针式灵敏电流计的调零、短路、 电计。注意按键的跃按式操作。 4．选取实验测量条件
由电桥平衡条件知，桥路电流的大小与电源电压E四个桥臂且、R2、R、RT的阻值等有关，为了定量研究热敏电阻RT阻值与桥路电流大小的一一对应关系，就必须选定其它四个因数EI、R2、R，并且在测量与定标过程中不在改变。为此①用平衡电桥原理测量室温下热敏电阻阻值RO，从而选定、R2、R值。②将热敏电阻置于高于室温30℃40℃的热水中，并且当温度最高时通过调节电源电压E使流过桥路上电流的大小为所用电流表的满量程值，从而选定电源电压E输出值。5.实验方法。本实验所用热敏电阻温度系数为负值，20℃时电阻值约为120W，70℃时约为30W。为使热敏电阻与环境（热水）温度的一致，实验中利用散热降温。（1）在上述选定测量条件下，测量温度t与桥路上电流Ig一一对应值。注意电流取值为0～1000mA。（2）条件同上，测量R与Ig二一对应值。注意电阻R的取值从室温下热敏电阻阻值0开始逐渐往小的方向变化6.作图处理数据。【实验仪器】QJ-19型单双臂电桥，复射式灵敏电流计，电阻箱，微安表，稳压电源，温度计。1.QJ-19型单双臂电桥)Q100Q00@电计标准未扣(单)如(双)电池(单)RX0.01X 100T1K0.1X106COO园10e细复路电池图3-7-2QJ-19型单效臂电桥面板和单桥线路它是单臂双臂两用电桥，不内附工作电源及电流计，适合在实验室条件下精密测量。本电桥准确度等级为0.05级。保证准确度情况下测量范围：单臂电桥是100.00～100.00×103W：双臂电桥为1.000×10-3～100.00W。其面板和结构如图3-7-2
由电桥平衡条件知，桥路电流的大小与电源电压 E、四个桥臂 R1、R2、R、RT 的阻值等有关，为了定量研究热敏电阻 RT 阻值与桥路电流大小的一一对应关系，就必须选定其它四个因数 E、R1、R2、R，并且在测量与定标过程中不在改 变。为此 ①用平衡电桥原理测量室温下热敏电阻阻值 R0，从而选定 R1、R2、R 值。 ②将热敏电阻置于高于室温 30℃～40℃的热水中，并且当温度最高时通过调节电源电压 E 使流过桥路上电流的大小为 所用电流表的满量程值，从而选定电源电压 E 输出值。 5．实验方法。 本实验所用热敏电阻温度系数为负值，20℃时电阻值约为 120W，70℃时约为 30W。为使热敏电阻与环境（热水）温度 的一致，实验中利用散热降温。 （1）在上述选定测量条件下，测量温度 t 与桥路上电流 Ig 一一对应值。注意电流取值为 0～1000mA。 （2）条件同上，测量 R 与 Ig 一一对应值。注意电阻 R 的取值从室温下热敏电阻阻值 R0 开始逐渐往小的方向变化。 6．作图处理数据。 【实验仪器】 QJ-19 型单双臂电桥，复射式灵敏电流计，电阻箱，微安表，稳压电源，温度计。 1．QJ-19 型单双臂电桥 它是单臂双臂两用电桥，不内附工作电源及电流计，适合在实验室条件下精密测量。本电桥准确度等级为 0.05 级。保 证准确度情况下测量范围：单臂电桥是 100.00～100.00×103W；双臂电桥为 1.000×10-3～100.00W。其面板和结构如 图 3-7-2
RI、R2为比率臂电阻。依待测电阻阻值不同，、R2可在10、102、103、104W四个值中选择。作为单桥使用时应根据待测电阻的大小参照下表所给数值配置H、R。表3-7-1Q-19单桥比率臂电阻及电源电压选择比率臂电阻/WRx /W电源电压/VRIR210010~1021001. 51001003102~1036103~10410001001000010010104~105100001020105~106右下方五个旋钮为测量臂R的调节旋钮，R用来调节电桥平衡并读数。①～是10个接线柱，依据接线柱下方的中文标识接线。要注意的是，用作单臂电桥时，③与间应短接，且待测电阻应接在“未知（单）”即、③柱间。K1为粗调（coarseadjustment）按钮开关，作粗调电桥平衡用。K2为细调（fineadjustment）按钮开关，当粗调至电流计指针基本示零时，按下此按钮细调电桥平衡。K3为短路（shortcircuit）按钮开关，作用与电流计短路开关相同。4为工作电源按钮开关，按下时电桥与电源接通。以上四按钮通常应处于常断状态，需要时才按下，接通电路，松开时断开。有时为了工作方便，需某个开关处于常通状态时，将此开关按下后旋过一个角度即可。QJ-19的使用条件：温度10~30℃：相对湿度低于80%。2.指针式电流计它主要用来检验电路中有无电流通过，也称检流计，在电学测量中应用特别广泛。一般言，它的零点处在刻度盘的中央，但并不标出电流的实际值，在线路中常用符号G表示。图3-7-3是常用的AC5型指针式电流计面板图，图3-7-4是其内部结构图，它的电流常数CI=10-7A/m。面板上有锁定装置，当电流计不用时，将小旋钮拨至左方红点位置，电流计被短路，处于电磁阻尼状态搬动该仪器时，内部动圈不致剧烈转动，这就保护了张丝不致震断。此外，还有“短路”和“电计”两按钮开关，它们是常断开关。按下“短路”开关时，电流计处于短路过阻尼状态：按下“电计”开关时，电流计和电路接通。使用电流计注意事项：（1）与保护电阻开关密切配合，先粗调，后细调。（2）指针摆动不止时，可用短路电键使其迅速停在零点
R1、R2 为比率臂电阻。依待测电阻阻值不同，R1、R2 可在 10、102、103、104W 四个值中选择。作为单桥使用时应根 据待测电阻的大小参照下表所给数值配置 R1、R2。 表 3-7-1QJ-19 单桥比率臂电阻及电源电压选择 Rx /W 比率臂电阻/W 电源电压/V R1 R2 10～102 100 100 1.5 102～103 100 100 3 103～104 1000 100 6 104～105 10000 100 10 105～106 10000 10 20 右下方五个旋钮为测量臂 R 的调节旋钮，R 用来调节电桥平衡并读数。 ①～⑩是 10 个接线柱，依据接线柱下方的中文标识接线。要注意的是，用作单臂电桥时，③与④间应短接，且待测电 阻应接在“未知（单）”即⑤、⑥柱间。 K1 为粗调（coarse adjustment）按钮开关，作粗调电桥平衡用。 K2 为细调（fine adjustment）按钮开关，当粗调至电流计指针基本示零时，按下此按钮细调电桥平衡。 K3 为短路（short circuit）按钮开关，作用与电流计短路开关相同。 K4 为工作电源按钮开关，按下时电桥与电源接通。 以上四按钮通常应处于常断状态，需要时才按下，接通电路，松开时断开。有时为了工作方便，需某个开关处于常通 状态时，将此开关按下后旋过一个角度即可。 QJ-19 的使用条件：温度 10～30℃；相对湿度低于 80%。 2．指针式电流计 它主要用来检验电路中有无电流通过，也称检流计，在电学测量中应用特别广泛。一般而言，它的零点处在刻度盘的 中央，但并不标出电流的实际值,在线路中常用符号 G 表示。图 3-7-3 是常用的 AC5 型指针式电流计面板图，图 3-7-4 是其内部结构图，它的电流常数 CI=10-7A/mm。面板上有锁定装置，当电流计不用时， 将小旋钮拨至左方红点位置,电 流计被短路，处于电磁阻尼状态搬动该仪器时，内部动圈不致剧烈转动,这就保护了张丝不致震断。此外，还有“短 路”和“电计”两按钮开关，它们是常断开关。按下“短路”开关时，电流计处于短路过阻尼状态；按下“电计”开 关时，电流计和电路接通。 使用电流计注意事项： （1）与保护电阻开关密切配合，先粗调，后细调。 （2）指针摆动不止时，可用短路电键使其迅速停在零点
（3）使用完毕，必须用锁定装置锁住，使其处于电磁阻尼状态，保护电流计。Q30电计0-2张丝08Q1零点洲节器2仿定装置3接纹柱图3-7-3AC5型电流计面板图3-7-4AC5型电流计结构3.直流电阻箱型号为Zx21型六旋钮电阻箱（resistancebox）在实验中常用来改变电路中的电阻、电流和电压，其最大电阻可达99999.9W，由“0”与“99999.9”两接线柱引出。六个旋钮分别控制十分之一位（0.1），个位（1），十位（10），百位（100），千位（1000）和万位（10000）电阻值，电阻箱指示的阻值是各旋钮指示值之和。电阻箱按其准确度可分为0.02、0.05、0.1、0.2和0.5级。电阻箱的仪器误差通常由下面的公式计算AR=±R%其中a为电阻箱的准确度等级：R为电阻箱所指示的值：Zx21电阻箱为0.1级。使用电阻箱时应注意：（1）如电路中仅需“0~9.9W”或“0～0.9W”，则分别由“0”与“9.9”或“0”与“0.9”两接线柱引出。这样可以避免电阻箱其余部分的接触电阻及内部导线电阻所带来的误差。（2）通过的电流不得超过电阻箱所用档次的最大允许电流。由于电阻箱有额定的最大功率，使用不同档次的电阻时，所允许通过的电流是不同的。一般来说，高电阻档次允许通过的电流较小。ZX21型电阻箱各档电阻允许通过的电流值如表3-7-2所示。表3-7-22X21型电阻箱各档额定电流'1旋钮倍率0. 1'101001000*100001.50. 50.150. 050.0150.005允许负载电流/安
（3）使用完毕，必须用锁定装置锁住，使其处于电磁阻尼状态，保护电流计。 3．直流电阻箱 型号为 ZX21 型六旋钮电阻箱（resistance box）在实验中常用来改变电路中的电阻、电流和电压，其最大电阻可达 99999.9W，由“0”与“99999.9”两接线柱引出。六个旋钮分别控制十分之一位（´0.1），个位（´1），十位（´ 10），百位（´100），千位（´1000）和万位（´10000）电阻值，电阻箱指示的阻值是各旋钮指示值之和。 电阻箱按其准确度可分为 0.02、0.05、0.1、0.2 和 0.5 级。电阻箱的仪器误差通常由下面的公式计算 其中 a 为电阻箱的准确度等级；R 为电阻箱所指示的值； ZX21 电阻箱为 0.1 级。 使用电阻箱时应注意： （1）如电路中仅需“0～9.9W”或“0～0.9W”，则分别由“0”与“9.9”或“0”与“0.9”两接线柱引出。这样可以 避免电阻箱其余部分的接触电阻及内部导线电阻所带来的误差。 （2）通过的电流不得超过电阻箱所用档次的最大允许电流。由于电阻箱有额定的最大功率，使用不同档次的电阻时， 所允许通过的电流是不同的。一般来说，高电阻档次允许通过的电流较小。ZX21 型电阻箱各档电阻允许通过的电流值 如表 3-7-2 所示。 表 3-7-2ZX21 型电阻箱各档额定电流 旋钮倍率 ´0.1 ´1 ´10 ´100 ´1000 ´10000 允许负载电流/安 1.5 0.5 0.15 0.05 0.015 0.005
【分析与思考】1.为什么用电桥测电阻一般比伏安法测量的准确度高2.电桥的组成部分有哪些？什么是电桥的平衡条件？3.非平衡电桥的优点是什么？使用时应注意什么？4.给定直流稳压电源1台，滑线变阻器（限流）1个，直流多值电阻箱4个，量程为100微安的直流电表1个，热敏电阻1个，导线若干，单刀开关、单刀双掷开关各1个。制作0～100℃的半导体温度计（Ig=0，对应0℃：Ig=100m时，对应100℃）：注意：热敏电阻作为测量温度的敏感元件时，必须要求它的电阻值只随环境温度而变化，与通过的电流无关。因此，在设计热敏电阻温度计时，流经热敏电阻的电流一般选取其伏安特性曲线的线性部分的五分之一：同时流过的电流越小越好
【分析与思考】 1．为什么用电桥测电阻一般比伏安法测量的准确度高？ 2．电桥的组成部分有哪些？什么是电桥的平衡条件？ 3．非平衡电桥的优点是什么？使用时应注意什么？ 4．给定直流稳压电源 1 台，滑线变阻器（限流）1 个，直流多值电阻箱 4 个，量程为 100 微安的直流电表 1 个，热敏 电阻 1 个，导线若干，单刀开关、单刀双掷开关各 1 个。制作 0～100℃的半导体温度计（Ig=0，对应 0℃；Ig=100mA 时，对应 100℃）。 注意：热敏电阻作为测量温度的敏感元件时，必须要求它的电阻值只随环境温度而变化，与通过的电流无关。因此， 在设计热敏电阻温度计时，流经热敏电阻的电流一般选取其伏安特性曲线的线性部分的五分之一；同时流过的电流越 小越好