熱敏電阻是阻值對温度變化非常敏感的一種半導體電阻，具有許多獨特的優點和用途，在自動控制、無線電子技術、遙控技術及測温技術等方面有着廣泛的應用。本實驗通過用電橋法來研究熱敏電阻的電阻温度特性，加深對熱敏電阻的電阻温度特性的瞭解。
關鍵詞：熱敏電阻、非平衡直流電橋、電阻温度特性
1、引言
熱敏電阻是根據半導體材料的電導率與温度有很強的依賴關係而製成的一種器件，其電阻温度係數一般為（—0.003~+0.6）℃—1。因此，熱敏電阻一般可以分為：
Ⅰ、負電阻温度係數（簡稱NTC）的熱敏電阻元件
常由一些過渡金屬氧化物（主要用銅、鎳、鈷、鎘等氧化物）在一定的燒結條件下形成的半導體金屬氧化物作為基本材料製成的，近年還有單晶半導體等材料製成。國產的主要是指MF91~MF96型半導體熱敏電阻。由於組成這類熱敏電阻的上述過渡金屬氧化物在室温範圍內基本已全部電離，即載流子濃度基本上與温度無關，因此這類熱敏電阻的電阻率隨温度變化主要考慮遷移率與温度的關係，隨着温度的升高，遷移率增加，電阻率下降。大多應用於測温控温技術，還可以製成流量計、功率計等。
Ⅱ、正電阻温度係數（簡稱PTC）的熱敏電阻元件
常用鈦酸鋇材料添加微量的鈦、鋇等或稀土元素採用陶瓷工藝，高温燒製而成。這類熱敏電阻的電阻率隨温度變化主要依賴於載流子濃度，而遷移率隨温度的變化相對可以忽略。載流子數目隨温度的升高呈指數增加，載流子數目越多，電阻率越小。應用廣泛，除測温、控温，在電子線路中作温度補償外，還製成各類加熱器，如電吹風等。
2、實驗裝置及原理
【實驗裝置】
FQJ—Ⅱ型教學用非平衡直流電橋，FQJ非平衡電橋加熱實驗裝置（加熱爐內置MF51型半導體熱敏電阻（2.7kΩ）以及控温用的温度傳感器），連接線若干。
【實驗原理】
根據半導體理論，一般半導體材料的電阻率和絕對温度之間的關係為式中a與b對於同一種半導體材料為常量，其數值與材料的物理性質有關。因而熱敏電阻的電阻值可以根據電阻定律寫為式中為兩電極間距離，為熱敏電阻的橫截面。
對某一特定電阻而言，與b均為常數，用實驗方法可以測定。為了便於數據處理，將上式兩邊取對數，則有上式表明與呈線，在實驗中只要測得各個温度以及對應的電阻的值，以為橫座標，為縱座標作圖，則得到的圖線應為直線，可用圖解法、計算法或最小二乘法求出參數a、b的值。熱敏電阻的電阻温度係數下式給出。
從上述方法求得的b值和室温代入式（1—4），就可以算出室温時的電阻温度係數。
熱敏電阻在不同温度時的電阻值，可由非平衡直流電橋測得。非平衡直流電橋原理圖如右圖所示，B、D之間為一負載電阻，只要測出，就可以得到值。
當負載電阻→，即電橋輸出處於開路狀態時，=0，僅有電壓輸出，用表示，當時，電橋輸出=0，即電橋處於平衡狀態。為了測量的準確性，在測量之前，電橋必須預調平衡，這樣可使輸出電壓只與某一臂的電阻變化有關。
若R1、R2、R3固定，R4為待測電阻，R4 = RX，則當R4→R4+△R時，因電橋不平衡而產生的電壓輸出為：（1—5）
在測量MF51型熱敏電阻時，非平衡直流電橋所採用的是立式電橋，且，則（1—6）
式中R和均為預調平衡後的電阻值，測得電壓輸出後，通過式（1—6）運算可得△R，從而求的=R4+△R。
3、熱敏電阻的電阻温度特性研究
根據表一中MF51型半導體熱敏電阻（2.7kΩ）之電阻~温度特性研究橋式電路，並設計各臂電阻R和的值，以確保電壓輸出不會溢出（本實驗=1000.0Ω，=4323.0Ω）。
根據橋式，預調平衡，將“功能轉換”開關旋至“電壓“位置，按下G、B開關，打開實驗加熱裝置升温，每隔2℃測1個值，並將測量數據列表（表二）。
MF51型半導體熱敏電阻（2.7kΩ）之電阻～温度特性
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
電阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
非平衡電橋電壓輸出形式（立式）測量MF51型熱敏電阻的數據
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
温度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4
熱力學T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4
0.0 —12.5 —27.0 —42.5 —58.4 —74.8 —91.6 —107.8 —126.4 —144.4
0.0 —259.2 —529.9 —789 —1027.2 —124.8 —1451.9 —1630.1 —1815.4 —1977.9
4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1
根據表二所得的數據作出～圖，如右圖所示。運用最小二乘法計算所得的線性方程為，即MF51型半導體熱敏電阻（2.7kΩ）的電阻～温度特性的數學表達式為。
4、實驗結果誤差
通過實驗所得的MF51型半導體熱敏電阻的電阻—温度特性的數學表達式為。根據所得表達式計算出熱敏電阻的電阻～温度特性的測量值，與表一所給出的參考值有較好的一致性，如下表所示：
表三實驗結果比較
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
參考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
測量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823
相對誤差% 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00
從上述結果來看，基本在實驗誤差範圍之內。但我們可以清楚的發現，隨着温度的升高，電阻值變小，但是相對誤差卻在變大，這主要是由內熱效應而引起的。
5、內熱效應的影響
在實驗過程中，由於利用非平衡電橋測量熱敏電阻時總有一定的工作電流通過，熱敏電阻的電阻值大，體積小，熱容量小，因此焦耳熱將迅速使熱敏電阻產生穩定的高於外界温度的附加內熱温升，這就是所謂的內熱效應。在準確測量熱敏電阻的温度特性時，必須考慮內熱效應的影響。本實驗不作進一步的研究和探討。
6、實驗小結
通過實驗，我們很明顯的可以發現熱敏電阻的阻值對温度的變化是非常敏感的，而且隨着温度上升，其電阻值呈指數關係下降。因而可以利用電阻—温度特性製成各類傳感器，可使微小的温度變化轉變為電阻的變化形成大的信號輸出，特別適於高精度測量。又由於元件的體積小，形狀和封裝材料選擇性廣，特別適於高温、高濕、振動及熱衝擊等環境下作温濕度傳感器，可應用與各種生產作業，開發潛力非常大。
預習報告：
1、試驗目的。（這個大學物理試驗書上抄，哪個試驗就抄哪個）。
2、實驗儀器。照着書上抄。
3、重要物理量和公式：把書上的公式抄了：一般情況下是抄結論性的公式。再對這個公式上的物理量進行分析，説明這些物理量都是什麼東東。這是沒有充分預習的做法，如果你充分地看懂了要做的試驗，你就把整個試驗裏涉及的物理量寫上，再分析。
4、試驗內容和步驟。抄書上。差不多抄半面多就可以了。
5、試驗數據。做完試驗後的記錄。這些數據最好用三線圖畫。注意標上表號和表名。EG：表1.紫銅環內外徑和高的試驗數據。
6、試驗現象。隨便寫點。
試驗報告：
1、試驗目的。方法同上。
2、試驗原理。把書上的歸納一下，抄！差不多半面紙。在原理的後面把試驗儀器寫上。
3、試驗數據及其處理。書上有模板。照着做。一般情況是求平均值，標準偏差那些。書上有。注意：小數點的位數一定要正確。
4、試驗結果：把上面處理好的數據處理的結果寫出來。
5、討論。如果那個試驗的後面有思考題就把思考提回答了。如果沒有就自己想，寫點總結性的話。或者書上抄一兩句比較具有代表性的句子。
實驗報告大部分是抄的。建議你找你們學長學姐借他們當年的實驗報告。還有，如果試驗數據不好，就自己捏造。尤其是看到壞值，什麼都別想，直接當沒有那個數據過，仿着其他的數據寫一個。
不知道。建議還是借學長學姐的比較好，網絡上的不一定可以得高分。每個老師對報告的要求不一樣，要照老師的習慣寫報告。我現在還記得我第一次做邁克爾遜干涉儀實驗時我雖然用心聽講，但是再我做時候卻極為不順利，因為我調節儀器時怎麼也調不出干涉條紋，轉動微調手輪也不怎麼會用，最後調出干涉條紋了卻掌握不了干涉條紋“湧出”或“陷入個數、速度與調節微調手輪的關係。測量鈉光雙線波長差時也出現了類似的問題，實驗儀器用的非常不熟悉，這一切都給我做實驗帶來了極大的不方便，當我回去做實驗報告的時候又發現實驗的誤差偏大，可慶幸的是計算還順利。總而言之，第一個實驗我做的是不成功，但是我從中總結了實驗的不足之處，吸取了很大的教訓。因此我從做第二個實驗起，就在實驗前做了大量的實驗準備，比如説，上網做提前預習、認真寫好預習報告弄懂實驗原理等。因此我從做第二個實驗起就在各個方面有了很大的進步，實驗儀器的使用也熟悉多了，實驗儀器的讀數也更加精確了，儀器的調節也更加的符合實驗的要求。就拿夫-赫實驗/雙光柵微振實驗來説，我能夠熟練調節ZKY-FH-2智能夫蘭克—赫茲實驗儀達到實驗的目的和測得所需的實驗數據，並且在實驗後順利地處理了數據和精確地畫出了實驗所要求的實驗曲線。在實驗後也做了很好的總結和個人體會，與此同時我也學會了列表法、圖解法、函數表示法等實驗數據處理方法，大大提高了我的實驗能力和獨立設計實驗以及創造性地改進實驗的能力等等。
下面我就談一下我在做實驗時的一些技巧與方法。
首先，做實驗要用科學認真的態度去對待實驗，認真提前預習，做好實驗預習報告；
第二，上課時認真聽老師做預習指導和講解，把老師特別提醒會出錯的地方寫下來，做實驗時切勿出錯；
第三，做實驗時按步驟進行，切不可一步到位，太心急。並且一些小節之處要特別小心，若不會，可以跟其他同學一起探討一下，把問題解決。第四，實驗後數據處理一定要獨立完成，莫抄其他同學的，否則，做實驗就沒有什麼意義了，也就不會有什麼收穫。
總而言之，大學物理實驗具有非常重要的意義。首先，物理概念的建立、物理規律的發現依賴於物理實驗，是以實驗為基礎的，物理學作為一門科學的地位是由物理實驗予以確立的；其次，已有的物理定律、物理假説、物理理論必須接受實驗的檢驗，如果正確就予以確定，如果不正確就予以否定，如果不完全正確就予以修正。例如，愛因斯坦通過分析光電效應現象提出了光量子；伽利略用新發明的望遠鏡觀察到木星有四個衞星後，否定了地心説；楊氏雙縫干涉實驗證實了光的波動假説的正確性。可以説，物理學的每一次進步都離不開實驗。這對我們大學生來説也是非常重要的，尤其是對將來所從事的實際工作所需要具備的獨立工作能力和創新能力等素質來講，也是十分必要的，這是大學物理理論課不能做到，也不能取代的。
院系名稱： 勘察與測繪學院
專業班級：
姓 名：
學 號：
輝光盤
【實驗目的】：
觀察平板晶體中的高壓輝光放電現象。
【實驗儀器】：大型閃電盤演示儀
【實驗原理閃電盤是在兩層玻璃盤中密封了塗有熒光材料的玻璃珠，玻璃珠 充有稀薄的惰性氣體（如氬氣等）。控制器中有一塊振盪電路板，通過電源變換器，將12V低壓直流電轉變為高壓高頻電壓加在電極上。通電後，振盪電路產生高頻電壓電場，由於稀薄氣體受到高頻電場的電離作用二產生紫外輻射，玻璃珠上的熒光材料受到紫外輻射激發出可見光，其顏色由玻璃珠上塗敷的熒光材料決定。由於電極上電壓很高，故所發生的光是一些輻射狀的輝光，絢麗多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。
【實驗步驟】：
1、將閃電盤後控制器上的電位器調節到最小；
2、插上220V電源，打開開關；
3、調高電位器，觀察閃電盤上圖像變化，當電壓超過一定域值後，盤上出現閃光；
4、用手觸摸玻璃表面，觀察閃光隨手指移動變化；
5、緩慢調低電位器到閃光恰好消失，對閃電盤拍手或説話，觀察輝光歲聲音的變化。
【注意事項】：
1、閃電盤為玻璃質地，注意輕拿輕放；
2、移動閃電盤時請勿在控制器上用力，避免控制器與盤面連接斷裂；
3、閃電盤不可懸空吊掛。
輝光球
【實驗目的】
觀察輝光放電現象，瞭解電場、電離、擊穿及發光等概念。
【實驗步驟】
1．將輝光球底座上的電位器調節到最小；
2．插上220V電源，並打開開關；
3、調節電位器，觀察輝光球的玻璃球殼內，電壓超過一定域值後中心處電極之間隨機產生數道輝光；
4、用手觸摸玻璃球殼，觀察到輝光隨手指移動變化；
5、緩慢調低電位器到輝光恰好消失，對輝光球拍手或説話，觀察輝光隨聲音的變化。
【注意事項】
1、輝光球要輕拿輕放；
2、輝光球長時間工作可能會產生臭氧。
【實驗原理】
輝光球發光是低壓氣體（或叫稀疏氣體）在高頻電場中的放電現象。玻璃球 中央有一個黑色球狀電極。球的底部有一塊震盪電路板，通電後，震盪電路產生高頻電壓電場，由於球內稀薄氣體受到高頻電場的電離作用而光芒四射。輝光球工作時，在球中央的電極周圍形成一個類似於點電荷的場。當用手（人與大地相連）觸及球時，球周圍的電場、電勢分佈不再均勻對稱，故輝光在手指的周圍處
變得更為明亮，產生的弧線順着手的觸摸移動而遊動扭曲，隨手指移動起舞。對輝光球拍手或説話時，也會影響電場的分佈。
【相關介紹】
輝光球又稱為電離子魔幻球。它的外觀為直徑約15cm的高強度玻璃球殼，球內充有稀薄的惰性氣體（如氬氣等），玻璃球中央有一個黑色球狀電極。球的底部有一塊震盪電路板，通過電源變換器，將12V低壓直流電轉變為高壓高頻電壓加在電極上。通電後，震盪電路產生高頻電壓電場，由於球內稀薄氣體受到高頻電場的電離作用而光芒四射，產生神祕色彩。由於電極上電壓很高，故所發生的光是一些輻射狀的輝光，絢麗多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。
在日常生活中，低壓氣體中顯示輝光的放電現象，也有廣泛的應用。例如，在低壓氣體放電管中，在兩極間加上足夠高的電壓時，或在其周圍加上高頻電場，就使管內的稀薄氣體呈現出輝光放電現象，其特徵是需要高電壓而電流密度較小。輝光的部位和管內所充氣體的壓強有關，輝光的顏色隨氣體的種類而異。熒光燈、霓虹燈的發光都屬於這種輝光放電。
在各種各樣的輝光中，最神奇的還要算人體輝光了。1911年倫敦有一位叫華爾德？基爾納的醫生運用雙花青染料刷過的玻璃屏透視人體，發現在人體表面有一個厚達15毫米的彩色光層。醫學家們對此研究表明，人體在疾病發生前，體表的輝光會發生變化，出現一種干擾的“日冕”現象；癌症患者體內會產生一種雲狀輝光；當人喝酒時輝光開始有清晰、發亮的光斑，酒醉後便轉為蒼白色，最後光圈內收。吸煙的人其輝光則有不諧和的現象。
實驗心得
12月的一次週末，我們利用這短短的2個小時去西區參觀的物理實驗室，並觀看了物理演示實驗。在這次的演示實驗課中，我學到了很多平時的生活學習中學不到的東西。在實驗課上，老師讓我們自己學習實驗原理，自己動手學習操作，然後給同學們演示並講解。我們第一次見到了一些很新奇的儀器和實驗，通
過奇妙的物理現象感受了偉大的自然科學的奧妙。我們懷着好奇心仔細的觀看了每個演示實驗，通過自己的學習和同學們的認真講解，一些看似不正常的現象都能用科學的自然知識來解釋了！
我覺得我們做的雖然是演示實驗，但也很有收穫，這是我們對課上所學知識的一個更直觀的瞭解，通過此次光學演示實驗使我對光有了一種感性的認識，加深了對光學現象及原理的認識，為今後光學的學習打下深厚的基礎，此次演示實驗把理論與現實相結合，讓大家在現實生活中理解光波的本質，這給我們每天的理論學習增添了一點趣味。
特別是輝光球和輝光盤，在現實生活中根本看不到，這是我第一次看。一絲一絲的五光十色的光線通過輝光球迸射出來如同禮花綻放般浪漫，讓我想起了除夕夜的美妙絕倫的`煙火。雖然説演示實驗的過程是簡單的，但它的意義絕非如此。我們學習的知識重在應用，對大學生來説，演示實驗不僅開動了我們思考的馬達，也讓我們更好地把物理知識運用到了實際現象的分析中去，使我們不但對大自然產生了以前沒有的敬畏和尊重，也有了對大自然探究的好奇心，我想這是一個人做學問最最重要的一點。因此我想在我們平時的學習中，要帶着一種崇敬的心情和責任感，認認真真地學習，踏踏實實地學習，只有這樣，我們才能真正學會一門課，學好一門課。此外，我覺得我們不能將眼光僅僅定位在事物的表面，不能被眼鏡所欺騙，要認真的分析，理解，找出事物背後的真理；不僅在物理，生活中更應如此，只有這樣我們才能成為一個完美的人，我想這也是為什麼大綱上要安排這樣一個演示實驗的目的所在。我很慶幸能和老師一起參與本次試驗，老師的細緻指導是我能夠順利完成、理解本次試驗的前提。
感謝老師的指導！
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