热敏电阻

热敏电阻（精选12篇）

热敏电阻 篇1

0 引言

压敏电阻属于半导体元件, 其阻值表现为和压力呈现一定的非线性关系。未通过电压之前, 其表现出具有非常高的阻值。而如果通过电压, 则马上将电压限制在特定的值。压敏电阻具有较低的阻抗突变值, 热敏电阻也属于半导体元件, 并且对于温度拥有非常的敏感性。一般情况下, 热敏电阻会随着温度值的不断增加, 表现出电阻值不断增加的特性。且当温度大于某一值时, 其阻值会出现急剧的增加。把压敏电阻与热敏电阻一起应用在电路中, 通过压敏电阻在电压超出范围后所形成的热量, 使得热敏电阻可以快速的反应。通过热敏电阻的阻值改变, 来改变电路中的电压以及电流大小, 从而实现保护压敏电阻的目的。两者一起构成了一个具有保护功能的电路。

1 热敏电阻在温度变送器中的应用

变送器是把物流测量的数据或者是一般的信号转化成标准的电信号并且可以以通讯协议方式输出的一种装置。而温度变送器则是将相应的温度信号转换成了电信号, 并和相应的二次仪表相连接而显示出所得到的数据信息。在温度变送器所连接的二次仪表中电能表是极为重要的设备, 其为温度变送器工作提供所需的能源, 保障测量数据的精准性。在实际运行过程中, 电能表经常出现荷载不稳定问题, 导致内部电流过大, 从而严重的影响到电能表的正常运行。而将热敏电阻以串联的形式连入负载回路里, 如果电路正常工作, 那经过热敏电阻中的电流无法使热敏电阻自身的温度增加至居里温度值, 此时热敏电阻的阻值很小。如果负载电路发生故障或者出现电压过大情况, 流经热敏电阻的电流会增加, 而所产生的热量也相应增多, 从而使热敏电阻快速的进入高阻抗状态, 把负载电路断开。如果负载回路的故障被消除, 热敏电阻回到之前的低阻值状态, 使负载回路接通。这样就确保了系统的工作电流得以有效控制, 保障了装置运行的安全性。

在温度变送器中, 测温组件是最为核心的, 该结构中同样有热敏电阻以及压敏电阻的应用。热敏电阻用于变送器中测温组件的电路图如图1所示。

其中, PT100代表的是热敏电阻, R1代表的是引线电阻。在热敏电阻接入电路时, 采用的是三线制接入的方法。采用这种电路连接方法使热敏电阻的阻值不会受到R1电阻的影响, 从而避免了引线电阻给热敏电阻的运行带来误差。电阻R4是为了增加A处、B处以及C处的电位大小, 从而使其可以达到A/D芯片要求的相应输入电压值。电路中R3与R4阻值总和为3 kΩ, 这样保证流经热敏电阻电流可以处于0.4 m A左右的范围, 从而减少了热敏电阻由于自身所发出的热量对测温工作带来的影响。测温组件整个电路的电压输入是相关跟随器提供的, 并且电压跟随器是由拥有掉电模式放大器所组合而成的, 其作用是可以使温度监测工作停止时也停止向测温组件提供电压, 这样能够有效的使系统的能耗量减少。并且, 由于电压的供应是依靠电池来完成的, 这样也可以使电池的使用周期得以有效延长。另外, 拥有掉电模式能够对电路中存在的一些误差有效的补偿, 更加的提升测温组件的精准度。

2 压敏电阻在压力变送器中的应用

通常我们所用到的压力变送器包含测压装置、测量电流以及过程连接装置等三个部分。压力变送器是装置所测量得到的气体、液体等压力数据转化为相应的电信号, 并输送至相应的二次装置, 以完成对系统的监控和调节。由于压力传感器是测量不同部位的实际压力情况, 其通常安装于管道外部, 并且热力站中压力变送器运行的环境条件相对恶劣, 通常避免不了会遭遇雷电感应, 也会经常性的出现过电压的问题。例如, 在相对空旷的平地中, 热力站压力传感器就容易被作为带电云层泄电的一个通道, 而因此遭遇雷击问题。在压力传感器中要是单纯的采用阻值相对大的压敏电阻元件, 那将会由于残压降偏高而影响到后级电路的保护作用, 要是单纯使用阻值相对小的压敏电阻元件, 将导致压敏电阻被较为频繁的启动, 可能会使压敏电阻在较短时间内被损坏而无法使用, 维护工作相对困难, 且运行成本也较大。因此, 按照热敏电阻与压敏电阻所具有的耦合作用, 制成了复合型的热敏电阻, 以用于压力传感器的过压保护中。其是将两个热敏电阻分别串联至压敏电阻两侧, 而形成复合型热敏电阻。这样的组合形式使得复合型热敏电阻的热容量有所提升, 同时也为过压保护装置在电路中并联应用提供了一定的技术支撑。

目前, 应用于压力变送器中的压力电阻大多数为压力陶瓷电阻。压力陶瓷电阻拥有非常好的电气及机械性能, 可以被应用在多个领域中当作测量介质。

其整个组件由压敏芯片、信号数据处理元件和机械构件组合而成。其中陶瓷芯片属于弹性元件, 通过厚膜技术将厚膜电阻烧结于相应的陶瓷膜片之上, 构成所需的压敏电阻元件。当进行测量时, 外界的压力会作用在压敏电阻的膜片之上, 导致陶瓷出现一定的位移, 而陶瓷的位移又使电阻值产生一定的改变, 并且位移的大小所引起阻值改变和外界的作用压力呈现线性相关, 从而使元件能够测量出相应的压力信号。所得到的信号再经过补偿与放大, 并转换为标准信号, 这样就能够将标准信号输入至仪表中, 从而完成了对运行工况的实时监测。陶瓷压敏电阻应用于压力变送器中, 其是通过高品质的陶瓷元件生产而得, 流程简便, 可用于工业化生产, 并且电路更加的集成化, 使元件生产成本得以降低, 能够显著地降低整个设备的成本投入。另外, 陶瓷拥有非常优良的抗腐蚀性能, 用于供热系统中可以抵抗多种腐蚀介质的侵蚀。

3 结语

热敏电阻和压敏电阻均具有各自的特性。压敏电阻的响应周期非常短, 并且抗雷击的性能优良。因此, 压敏电阻和热敏电阻在变送器的应用中通常将热敏电阻安放在外线侧, 而将压敏电阻安放在内线一侧。如果出现电路短路的情况后, 压敏电阻就会被通电而接地, 从而使变送器的电位减小至零, 使得变送器装置被有效的保护。但是在压敏电阻和热敏电阻的实际应用中还需要注意以下问题:

1) 电阻的阻值和温度或者压力呈现出了非常显著的非线性关系;

2) 电阻元件不具备较强的一致性, 所以元件的互换性能相对也较差;

3) 电阻元件容易受到环境的侵蚀而老化, 不具备较强的环境稳定性。

所以, 我们在实际的使用过程中, 一定要结合不同电阻元件的特性, 科学选用适宜的电阻元件, 以使变送器的性能可以得到更有效的发挥。

参考文献

[1]屈安山.热敏电阻传感器在电动机过负荷保护中的应用[J].科技创新与应用, 2016 (7) :80-81.

[2]李祥超, 陈璞阳, 徐乐, 等.温度保险丝与Zn O压敏电阻串联使用中的性能分析[J].电瓷避雷器, 2016 (2) :94-99.

[3]孙丹峰, 季幼章.压敏电阻与热敏电阻组成保安单元[J].电源世界, 2014 (5) :11-12.

热敏电阻 篇2

问题：你能在2分钟之内将上面的10种颜色倒背如流吗？随便说个数字或颜色你能马上说出相对应的颜色或数字吗？我可能明确地告诉你你能做到！脱口而出！

如果你想像我一样脱口而出地说出数字与颜色的对应关系的话！那请跟我来，希望你能学到我的绝世仅有的我的潘氏秘笈。

本人在此郑重声明：此潘氏秘笈是由江西省寻乌县的潘其传先生所原创，自2000年以来，我的“学生”不少于500人，在我给他（她）们的培训中收到了极为良好的效果，例证的有：东莞大岭山钜同电子有限公司手插课、深圳富士康NSG部、清华同方威视技术股份有限公司，还有很多跟我接触过并培训过的朋友们。今天我之所以将此方法公布出来！是希望全世界想如何彻底才能背好色环电阻颜色及其对应关系的人的一种鼓舞！本人提倡学习是一种享受！极力推崇“螺旋盘旋上升式进步”形式！

希望您在学习我这方法的时候记住我的这个潘氏谐音记忆法，如果您在培训授课时宣传我这潘氏谐音记忆法的话那将是我的一种无尚光荣！如果您要转载我的这个方法时希望能说明一下原创人---潘其传；您的这么一说便是对我在精神上最大的支持！因为我希望全世界的人都能用我的这个方法永远地记牢色环电阻颜色与对应数字的关系！我希望全世界的人都能与我一起享受我这方法带来的快乐（感）！并加于传播为谢！潘（其传）氏秘决内容如下：

请记住这句话：“终于成山成山的黄柿子红了；练武难留妻子，飞吧，走吧！”

秘决讲解：

1：背诵前半句时你把自己想象成很想很想吃柿子，但柿子还没有熟，等啊等啊，你等了很久很久，终于有一天柿子成熟啦，你可以大饱口福啦，于是你感叹道：“终于成片（山）成片（山）的是黄柿子红了（熟了）”-----此故事归纳为“终于成山成山的黄柿子红了”

2：背诵后半句时你把自己想象成一位想练好武功的人，于是就瞒着老婆来到了少林寺志心练武，后来老婆叫你回家，你说先不回家，你老婆气急之下回了娘家，于是你叹气道：“练武（因为出门在外）难留妻子（在身边），飞吧（老

婆你先飞回娘家），走吧（老婆你去呀，我练好武功后到丈母娘家找你去！）”-------此故事归纳为“练武难留妻子，飞吧，走吧”

想必聪明的你此时已看出了我这潘氏秘笈里这2个故事串起来引出的这句话的内容了吧！呵呵！哪句话？就是“终于成山成山的黄柿子红了；练武难留妻子，飞吧，走吧！”

还没明白对应关系？那看是怎么个对应关系吧！

终于 成山成山 的 黄柿子 红了，练武 难留 妻子，飞吧！走吧！棕1

橙3

黄4

红2

绿5

蓝6

7紫

灰8

9白

规律：从左到右是从1~9递增关系，借住数字与文字的谐音相互印证，同时又串成了一个故事。

终于：棕1（终与棕同音，于与“1”发音近的很，也属于同音）红了：红2（人人都知道打牌吧，红2你都不知道？再说“红了”与“红2”也是同一发音啊）

成山：橙3（我想这个词不用我解释了吧）

黄柿子：黄4（你只要不记住那个“子”字就行了，音相同）练武：绿5（练与绿是同声母，还同偏旁边，发音也极为相近）

难留：蓝6

（难与蓝同韵母，你稍发音不准就发成一样的音了，呵呵）

妻子：7紫（这个不用解释了吧！不知道的话我真想敲敲你的脑袋哦！）飞吧：灰8

（音也够近的，慢慢发音多多练习）

走吧：9白

（这个怎么理解呢？“走吧”是最后一个词了，那数字“9”当然也是最后一个啦！再说了“吧”与“白”的音也太近了吧！注意与“飞吧（灰8）的发音区分开来！）

那那那那。。数字“0”怎么没有记忆词呀！数字“0”代表“黑色”呀！上面的9种都记住了难道你还发挥不出方法来记这个？我对天文很感兴趣！自然“0”的记忆词是“黑洞”啦！就是宇宙黑洞的意思，洞不是圆的嘛，所以与“0”可以结合在一起，记住喽~~~~~黑洞！“黑”就是“0”！

到此为止，秘笈放送完毕！！

请你跟我一起来复习一下：棕1橙3黄4红2，绿5蓝6，7紫，灰8，9白！

所对应的助记词就是：终于成山成山的黄柿子红了，练武难留妻子，飞吧！走吧！

复习的时候边念边想着故事！要用心去体会！自然而然你就脱口而出啦！！“终于成山成山的黄柿子红了，练武难留妻子，飞吧！走吧！”棕1橙3黄4红2，绿5蓝6，7紫，灰8，9白

恭喜你快毕业了！什么？还没毕业？是的！还得做个习题（毕业设计）！呵呵！

来！大家来做做题目！于加强我潘氏谐音记忆法的效率！请问：282692751（我的QQ号哦）所分别代表的颜色是什么？

答：2是红（红了），8是灰（飞吧），2是红（红2），6是蓝（难留），9是白（走吧），2又是红（红了），7是紫（妻子），5是绿（5=武，是要练的，所以就是绿5，练武！），1是棕（终于！终于完全答对了！恭喜你通过啦）

再问：3.141592654897（圆周率）所分别代表的颜色是什么？ 答：3是山，成山=橙3；1是终（棕），4是柿（黄柿=黄4）；1又是棕，5是用来练的（故5=绿）；9就白（白酒好喝，再来一瓶）；2？红2（打牌呢！）；6当然是蓝啦（难留呀！）；5？又是5（练武=绿5）；4是黄4呀；8是灰；9是白！7是妻（妻即妻子，故7紫也）！所以现在各位你只要见着数字你就可以大考一下自己啦！身边数字随处可见！如手机号、电话号码、公交车号、音符、。。。只要是数字我就希望你发挥我上面所讲的数字与颜色的对应关系！一看见到就马上

念记忆词！保你脱口而出！到时候数字与颜色的互换就像唱歌一样脱口且流利地说出来！

什么？你见到某种颜色不知道它所对应的数字？罚你再念2遍潘氏秘笈里的词：

终于 成山成山 的 黄柿子 红了，练武 难留 妻子，飞吧！走吧！棕1

橙3

黄4

红2

绿5

蓝6

7紫

灰8

9白

终于 成山成山 的 黄柿子 红了，练武 难留 妻子，飞吧！走吧！棕橙

3黄

4红

2绿

5蓝6

7紫

灰8

9白

黑洞黑黑的宇宙黑洞！黑洞就是“0”，黑色表示“0” 每种颜色代表不同的数字，如下：

棕1 红2 橙3 黄4 绿5 蓝6 紫7 灰8 白9 黑0，金、银表示误差

色环电阻是应用于各种电子设备的最多的电阻类型，无论怎样安装，维修者都能方便的读出其阻值，便于检测和更换。但在实践中发现，有些色环电阻的排列顺序不甚分明，往往容易读错，在识别时，可运用如下

技巧加以判断：

技巧1： 先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。最常用的表示电阻误差的颜色是：金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。

技巧2： 棕色环是否是误差标志的判别。棕色环既常用做误差环，又常作为有效数字环，且常常在第一环和最末一环中同时出现，使人很难识别谁是第一环。在实践中，可以按照色环之间的间隔加以判别：比如对于一个五道色环的电阻而言，第五环和第四环之间的间隔比第一环和第二环之间的间隔要宽一些，据此可判定色环的排列顺序。

技巧3： 在仅靠色环间距还无法判定色环顺序的情况下，还可以利用电阻的生产序列值来加以判别。比如有一个电阻的色环读序是：棕、黑、黑、黄、棕，其值为：100×104Ω=1MΩ误差为1％，属于正常的电阻系列值，若是反顺序读：棕、黄、黑、黑、棕，其值为140×100Ω=140Ω，误差为1％。显然按照后一种排序所读出的电阻值，在电阻的生产系列中是没有的，故后一种色环顺序是不对的。电阻按材料分一般有：碳膜电阻、金属膜电阻、水泥电阻、线饶电阻等。一般的家庭电器使用碳膜电阻较多，因为它成本低廉。金属膜电阻精度要高些，使用在要求较高的设备上。水泥电阻和线饶电阻都是能够承受比较大功率的，线饶电阻的精度也比较高，常用在要求很高的测量仪器上。

小功率碳膜和金属膜电阻，一般都用色环表示电阻阻值的大小，这也是我们在学习电阻的很重要的一步。电阻阻值的单位是欧姆。下面详细说明。

色环电阻分为四色环和五色环，先说四色环。顾名思义，就是用四条有颜色的环代表阻值大小。每种颜色代表不同的数字，如下： 棕1 红2 橙3 黄4 绿5 蓝6 紫7 灰8 白9 黑0 金、银表示误差 各色环表示意义如下：

第一条色环：阻值的第一位数字； 第二条色环：阻值的第二位数字； 第三条色环：10的幂数； 第四条色环：误差表示。

例如：电阻色环：棕绿红金，第一位：1； 第二位：5；第三位：10的幂为2（即100）； 误差为5%； 即阻值为：15×100=1500欧=1.5千欧=1.5K 还有精确度更高的“五色环”电阻，用五条色环表示电阻的阻值大小，具体如下：

第一条色环：阻值的第一位数字； 第二条色环：阻值的第二位数字； 第三条色环：阻值的第三位数字； 第四条色环：阻值乘数的10的幂数； 第五条色环：误差（常见是棕色，误差为1%）

有些五色环电阻两头金属帽上都有色环，远离相对集中的四道色环的那道色环表示误差，是第五条色环，与之对应的另一头金属帽上的是第一道色环，读数时从它读起，之后的第二道、第三道色环是次高位、次次高位，第四道环表示10的多少次方，例如某电阻色环电阻顺序为：红(2)-黑(0)-黑(0)-黑-棕，则它表示该电阻阻值为：200×100Ω。再如棕-黑-黑-红-棕，表示该电阻阻值为：100×102Ω=10000Ω=10KΩ。可见，四色环电阻误差为5-10%，五色环常为1%，精度提高。例如：有电阻：黄紫红橙棕，前三位数字是：472，第四位表示10的3次方，即1000，阻值为：472×1000欧=472千欧（即472K）

新型热敏显示技术问世 篇3

SK销售的一种绑在渔线末端的防水发射器能发送超声波脉冲、测量周围水域鱼群密度，并把信号传送给外接在手机上的接收器。手机上的软件接收到信息后就会在屏幕上显示诸如水温之类的数据。一套发射器和接收器的价格在100美元左右，而软件付费5美元就可下载到手机，之后就不必付任何后续费用了。

之前韩国的一些电信运营商还发布过驱蚊手机、量血糖手机和增强记忆力的手机，为我们展示了完全不同的手机应用理念。当然这些产品也都是这个国家手机市场激烈竞争的结果。

日前，香港科技大学的WeijiaWen和他的同事们研制出了一种新型的基于热色现象的显示技术(某些材料具有随着温度变化而改变颜色的能力)的柔性、热敏电子显示技术，它采用了金属纳米粒子和塑料的混合物。这种像纸一样的材质很容易制造，而且比使用液晶技术的传统显示要便宜，它可以应用于多种方式，像电子广告牌、电子书。

柔性、轻量和便携显示早已被应用于手机、数码相机等电子设备中，但是大多数的显示都是基于液晶技术，液晶显示随着尺寸的增加价格将越来越昂贵。而新型显示介质只有150μm厚，包含了由热敏材料、电路导线以及特殊图案或LOGO。这些导线是金属纳米粒子和塑料的混合物，被称为PDMS。这些图案由一种被称为“软平板印刷技术”的标准工艺生成，同时包含了2种可伸展电极，用来控制显示。

基于NTC热敏电阻的数字温度计 篇4

关键词：温度计,NTC热敏电阻,STC15F2K60S2控制器

随着电子技术的飞速发展与工业生产技术的不断改进, 传统的测温方式已经无法满足人们现在的生产生活上的需求, 利用STC15F2K60S2单片机与NTC热敏电阻制成的数字温度计具有价格低廉, 操作简单等优点, 利用处理器内置高速10位ADC模数装换器以及定时器的结合, 通过定时对热敏电阻外部环境进行采样, 温度计测温范围达到-20℃到60℃;而采用74HC595串行控制八个八位共阴数码管作为显示器的方式比传统的并行控制动态扫描控制数码管的方式更加节省处理器的IO口。

一、系统硬件方案

2. 系统组成。

电路精简是这款温度计最鲜明的特点, 其主要包括STC15F2K60S2单片机, NTC热敏电阻测温模块以及74HC595数码管显示三个模块;该温度计通过处理器对NTC热敏电阻的电压反馈信号进行采样计算得出实时温度并于数码管上显示。

3. 数码管显示模块。

显示模块采用八个共阴数码管, 通过位选输入引脚选定数码管, 再由段选输入引脚确定显示内容, 相比传统的并行输出控制数码管方式大大节省了IO口;

此外通过两个级联的74HC595将串行输入信号转化为并行输出, 其通过SRCLK移位时钟输入, RCLK存储寄存器时钟输入与SER串行数据输入三个信号输入引脚将原来数码管需要的16个IO口简化为3个IO口, 在实际生产中具有较高的经济效益。

◆余晓铭孙鹏韩光江何梦雪

二、软件设计

温度计在启动之后, 需要对ADC以及定时器等外设进行初始化, ADC设置为单通道采样软件触发模式, 定时器中断时间设定为1s;

在定时结束之后, 单片机通过ADC对热敏电阻上的电压进行采样, 再转化为热敏电阻的实时阻值, 由于NTC热敏电阻的阻值温度变化曲线呈指数规律, 不利于单片机的计算操作, 因此在数据转换过程中, 将温度曲线分隔为多个线性变化的区域, 并以采样数据进行拟合比较, 便可得到实时温度数据;

在得到温度数据之后, 通过温度信息与内置字库之间的匹配后, 确定需要向74HC595传输的数据, 再通过IO口向74HC595的数据端口传输数据, 实现串行数据并行输出显示温度信息;

在执行完以上程序之后, 定时器重新开始计数定时。

结语

温度计是们日常生活中经常使用的物品之一, 传统水银温度计在显示及安全方面并不能让人满意, 而数字温度计恰好弥补了它的这些缺点, 且数字化有利于实现网络化规模化实现智能家居等物联网理念, 这便是这款数字温度计的价值所在。

参考文献

[1]刘常澍.数字逻辑电路[M].北京:高等教育出版社, 2008.

[2]康华光电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2006.

[3]王欣飞, 谢龙汉, 谢锋然.51单片机原理与程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2014.

电压电阻(教案) 篇5

一、电压数值及换算

例题、一节新干电池的电压是（）A．1.5 V B．15 V C．36 V D.220 V 解析：一节新干电池（5号或7号）的电压为1.5 V，选项A正确；人体安全电压为不高于36V，家庭电路电压为220V。本题答案A。

小贴士：常见的电压值：（1）一节干电池、电子手表用氧化银电池、小计算器用银锌电池两极间的电压均为：1.5V；（2）一个铅蓄电池的电压为2V；（3）手机电池电压：3.6V；（4）人体安全电压：≤36V；（5）海洋生物电鳐的自卫电压：200V；（6）家庭电路：220V；（7）无轨电车电源电压：550～600V；（8）发生闪电的云层间电压：10kV以上。例题

二、海洋中有一种会放电的鱼叫电鳐，它放电时最高电压可高达200V，即为_____kV，游近电鳐的鱼会被电死或电晕，因为海水是________。

解析：200V=0.2kV，电鳐放电自卫，其实利用了海水是一种导体的性质。答案：0.2；导体

一、电压表的读数

3典型例题

一、如图1是某次测电压时指针的位置。如果使用的是“+”和“3”两个接线柱，则被测电压是V；如果使用的是“+”和“15”两个接线柱，则被测电压是V。

图3

解析:要正确读出电压表示数，首先要看清所选电压表量程，弄清分度值，最后根据指针所指位置读出示数。答案：1.7v 8.5v

三、电压表使用规则

典型例题

一、如图2所示的电路中，当开关S闭合时，电压表测的是()

图2 A．灯L2两端电压B．电源的电压

C．灯Ll两端的电压 D．灯L2和电源两端的电压

解析: 判断电压表测量哪个用电器两端的电压，可以去掉电源，看一看电压表能与哪一部分电路或用电器构成一个闭合回路，电压表就测量哪个用电器两端的电压（电流表和开关 寄语：古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚韧不拔之志。① 东南教育用心做教育，给孩子以改变未来力量

可视为导线，电压表视为断路）。答案：C 小贴士：判断有电压表的电路，可以分为两步，首先把电压表拿下去，因为电压表相当于开路，来看用电器是怎么连接的，然后把电源去掉，看电压表与那个用电器构成回路，电压表就测量那个用电器两端的电压，这样就容易判断电路连接问题了。

典型例题

二、某同学在做电学实验时，不慎将电压表和电流表的位置对换，连接成右图所示电路。若开关闭合，其后果是

A．电压表不会烧坏，电流表可能烧坏B．两表不会被烧坏 C．电压表不会被烧坏，但无示数D．两表会被烧坏

解析：电压表串联在电路中，且电流表与电阻并联，而电流表相当于一根导线，将电源的正负极直接连接在了一起，即电路形成电源短路，故电压表不会烧坏，而电流表和电源将都被损坏． 答案：A 小贴士：在分析电路过程中，电压表相当于开路，电流表相当于一根导线。

典型例题

三、根据左图所示的实物电路，在虚方框内画出对应的电路图．

答案.如图所示

解析：从正极开始，依次连接灯泡、电流表、开关，回到负极，电压表并联在灯泡两端，如上图所示。

点评：本题考查根据实物图画电路图，关键是知道实物图中各个用电器的连接情况，根据实物图画电路图是整个初中物理的重点也是难点．

② 寄语：古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚韧不拔之志。东南教育用心做教育，给孩子以改变未来力量

第二节 串、并联电路中的电压规律

一、串并联电路电压规律

典型例题

一、在如图1所示的电路中，当开关S闭合后，电压表示数为6V；当开关S断开时，电压表示数为4V，则此时灯L1和L2两端的电压分别为（）

A．6V 4V B.4V 6V C.2V 4V D.4V 2V 解析：首先判断电压表在两种情况下各测量哪个用电器两端的电压，再根据串联电路的电压特点做出答案。由图可知，S闭合时电压表测电源电压为6V，S断开时测L1两端的电压为4V；L1和L2串联在电路中，它们的电压和等于电源电压，故L2的电压为2V。答案： D 典型例题

二、如图2所示，是小宝同学做探究实验时的电路图，电路中的两只相同的电压表选用了不同的量程，测量时，两只电压表的指针恰好指在同一位置处，电压表V1和V2的示数之比是，选择0～15V量程的电压表是。

图1

解析：电压表有两个量程0～3V和0～15V，这两个量程共用一个刻度盘，所以它们的最小分度值的比是1∶5，如果选用不同的量程测量时，它们的指针恰好指在同一位置处，那么它们的示数之比应该是1∶5；根据题中电路图，电阻R1和R2串联在电源两端，电压表V1测量电阻R1两端的电压，电压表V2测量电源电压，所以电压表V2的读数应该大于电压表V1，所以选择0～15V量程的电压表是V2。答案：1∶5；V2

二、电路故障问题

典型例题

一、如图所示电路，当开关S闭合后，L1、L2均能发光，电流表、电压表均有示数。过一会儿，灯都不发光，电流表、电压表的示数均为零，可能发生的故障是（）

A．L1灯丝断了 B．L1短路 C．L2灯丝断了 D．L2短路

寄语：古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚韧不拔之志。③ 东南教育用心做教育，给孩子以改变未来力量

解析：原来电灯和电表工作正常，突然间灯熄灭，电表示数为零，说明发生了断路，选项BD错误；若L2短路，灯L1应该还在发光，并且电流表示数变大，选项D错误；若L1短路，没有电流流过两只灯泡和两个电表，所以灯灭，电表示数为零，选项A正确。答案：A 典型例题

二、如图所示电路，电源电压保持不变，三只电表均完好．开关S闭 合后，发现只有两个电表的指针发生偏转，若电路中只有一个灯泡出现了故障，则可能是（）

A．电压表V1示数为零，灯L1断路 B．电压表V1示数为零，灯L1短路 C．电流表A示数为零，灯L2断路 D．电流表A示数为零，灯L2短路

解析：本考考查电路故障分析。在题目中电源电压保持不变，三只电表均完好．开关S闭合后，发现只有两个电表的指针发生偏转，若电路中只有一个灯泡出现了故障，此时应该是电压表V1示数为零，灯L1短路。答案：B 小贴士：在串联电路中出现故障，电压表的示数为0，则故障可能是内短外断；电压表的示数接近电源电压，则故障是内断外短。内外指的是电压表的测量范围。

二、探究串并联电路中的电压规律

典型例题

一、为了探究并联电路中干路的电流与支路的电流有什么关系，小明同学选择的实验器材是：3节干电池串联作电源、两个标为2.5 V字样的小灯泡、一只电流表、一个开关、导线若干。他的实验设想是：首先将实验器材连成图3所示的电路，然后用电流表选择恰当的量程分别测出A、B、C三点的电流，分析这一次测量中三点电流的数据，就得出干路与支路的电流的关系。

请你分析说明小明同学这一实验方案中存在哪些不足，并提出相应的改进意见。

解析：本题重点考查如何使用电流表探究并联电路中的电流关系。在进行探究中，缺少起到保护和调节作用的滑动变阻器；在不使用滑动变阻器的情况下，电源电压要与小灯泡的额定电压相近，不要损坏小灯泡；为了使测量结果具有普遍性，应改变灯泡的规格，测量多组实验数据并进行分析得出结论。这道题是对新课标“参与科学探究活动，学习拟订简单的科学探究计划和实验方案”技能目标的落实。

④ 寄语：古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚韧不拔之志。东南教育用心做教育，给孩子以改变未来力量

答案：该实验方案存在三点不足：（1）电源的电压与灯泡的额定电压不匹配；（2）只选择了一组规格相同的灯泡；（3）只根据一次测量数据得出结论不恰当。改进措施：（1）选用2节干电池串联做电源或者增加一个滑动变阻器；（2）应选用多组不同的灯泡做实验；（3）应分析多次测量的实验数据得出结论。

第三节 电阻

一、电阻

典型例题

一、下列说法中正确的是（）A．导体中没有电流通过时，电阻为零

B．导体中通过的电流越大，其对电流的阻碍作用越大，电阻越大 C．导体中通过的电流越小，其对电流的阻碍作用越大，电阻越小 D．导体的电阻跟导体中有无电流和电流的大小无关

解析：电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的材料、长度、横截面积和温度。与外加电压的高低、通过电流的大小都没有关系。答案：D 小贴士：正确认识电阻是导体本身的性质是解决这一类问题的关键。

二、影响电阻大小的因素

典型例题一、一根镍铬合金丝两端电压一定，将镍铬合金丝对折后接入原电路中，其电阻将，通过的电流将

。（选填“变大”、“变小”或“不变”）

解析：镍铬合金丝的阻值与其长度和横截面积有关，横截面积一定时，金属丝越长阻值越大，长度一定时，横截面积越小，阻值越大。将镍铬合金丝对折后接入原电路中，其长度变短，横截面积变大，阻值变小，而金属丝两端电压不变，电阻变小，通过的电流将变大。答案：变小；变大

点评：本题考查了决定导体阻值大小的因素即材料、长度和横截面积（温度一定）。典型例题

二、将一根粗细均匀的镍铬合金丝截成长短不同的两段，不考虑温度对电阻的影响，则R长____R短；若将它们并联接入电路中，则U长_____U短。（以上均选填“>”、“=”或“<”）

解析：此题考查电阻、并联电路及其相关知识点。由电阻定律可知，R长>R短；若将它们并联接入电路中，根据并联电路规律，则U长=U短。答案：>；= 典型例题

三、如图所示是四根高压输电线上的一个装置，利用这个装置将四根导线并联起来，相当于增大了导线的，从而减小了导线的，以达到减少输电线上电能损失的目的．

寄语：古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚韧不拔之志。⑤ 东南教育用心做教育，给孩子以改变未来力量

解析：四根导线并联在一起，等效成一根导线，相对于其中的任何一根导线，其横截面积变大了，导体的电阻大小与导体的横截面积有关，在其他因素不变的情况下，其电阻的大小与导体的横截面积成反比．所以横截面积增大，导体的电阻减小。答案.横截面积；电阻

小贴士：导体的电阻大小有四个因素有关：材料；长度；横截面积；温度．研究导体的电阻变化时，要用到控制变量法，在此题中，通过四根导线的并联，改变了导体的横截面积．从而改变了导体的电阻值．

典型例题

四、质量相等的铜丝和铝丝，它们的横截面积相等，则二者电阻大小比较()A.铜丝电阻较大 B.铝丝电阻较大 C.铜丝和铝丝电阻可能一样大 D.无法判断谁的电阻较大

解析：因为铜的密度大于铝的密度，故质量相同时铜的体积小于铝的体积，而它们的横截面积又相等，所以铜丝较短，同时铜的电阻率较小，因此铜丝电阻较小。答案：B

三、半导体和超导体

典型例题

一、有一种材料，它的导电性介于导体和绝缘体之间，这种材料称为 材料，电脑的微处理器就是由成千上万个这种材料制成的元件组成；某些材料在特定温度下，电阻接近于零，这种材料物理学上称之为 材料，此处的特定温度通常（选填“很高”、“接近常温”或“很低”）．

解析：根据导电性的不同，材料可分为导体、半导体、绝缘体三大类，容易导电的物体叫导体，不容易导电的物体叫绝缘体，导电性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体。当导体的温度降至某一低温时，它的电阻接近于零，这种材料称之为超导材料。答案：半导体，超导，很低

点评：本题考查了半导体材料和超导材料的定义，属于基础性知识，注意区分．

第四节 变阻器

一、变阻器的原理：

典型例题

一、下列关于电阻的说法正确的是（）

A．滑动变阻器是通过改变连入电路中电阻线的横截面积的大小来改变电阻的 B．长度和横截面积均相同的铜导线和保险丝，在同一温度下，保险丝的电阻大 C．一切导体的电阻都随着温度的升高而增大 D．当导体中电流为零时，导体的电阻也为零

解析：滑动变阻器是通过改变连入电路中电阻线的长度来改变电阻的，是长度而不是横截面积，故A错误；保险丝是根据电流的热效应，当电路中电流过大时熔断自己来保护电路的，这说明保险丝比铜的电阻率大，故B正确；钨丝、铁丝的电阻随温度的升高而增大，铅芯、玻璃、半导体的电阻随温度的升高而减小，故C错误；导体的电阻受材料、长度、横截面积、温度影响，不受外界的电流、电压影响，故D错误． 答案、B

⑥ 寄语：古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚韧不拔之志。东南教育用心做教育，给孩子以改变未来力量

二、变阻器的接线方法

典型例题

一、如图1所示，当滑片向左滑动时，连入电路的电阻变小的是()

解析：当滑片向左滑动时，要使变阻器连入电路的电阻变小，就要使变阻器连入电路的线圈变短。从图中可看出，当滑片向左滑动时，线圈的左半部分变短，因此必须将变阻器的下方左边接线柱接入电路。答案：C 典型例题

二、如图2所示，闭合开关S后，要使滑动变阻器的滑片向右移动时灯泡变暗，应把F点与滑动变阻器的点用导线连接起来。

解析：灯泡变暗，说明通过灯泡的电流变小，则变阻器接入电路的电阻就要变大。滑片向右移动时，左半部分线圈电阻变大，故应将左半部分线圈接入电路。答案：A 典型例题

三、(1)实验室中有一铭牌上标有“20 Ω 2 A”字样的滑动变阻器，如图甲所示。若要把它其中的两个接线柱连接到电路中去，共有________种接法；“20 Ω”指的是________接线柱间的电阻值，“2 A”指的是__________________________________。(2)除了(1)中的滑动变阻器外，现再给电源、小灯泡、开关各一个，导线若干，请在图乙中用笔画线代替导线连接电路，要求滑动变阻器的滑片向右移灯泡变暗。

(3)如果你还想知道电路中电流值的改变情况，需在电路中再________联一个电流表，并增加________根导线。

解析：(1)若要把滑动变阻器其中的两个接线柱连接到电路中，共有3种接法：A、C，B、C和A、B；“20 Ω”指的是滑动变阻器的最大阻值，此时接入电路的接线柱是A、B；“2 A”指滑动变阻器允许通过的最大电流值为2 A；(2)要求滑动变阻器的滑片向右移动时灯泡变暗，即滑动变阻器连入电路中的电阻变大，故导线应接在滑动变阻器左端的两个接线柱上。(3)电流表是测量电路中电流的仪表，电流表要串联在电路中，要知道电路中电流值的改变情况，需在电路中再串联一个电流表。

寄语：古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚韧不拔之志。⑦ 东南教育用心做教育，给孩子以改变未来力量

答案：(1)4 A、B 滑动变阻器允许通过的最大电流值为2 A(2)连线如图所示

(3)串 一

典型例题

四、小红在做“用滑动变阻器改变电流”的实验时，连好如图所示的电路，将滑动变阻器的滑片滑到最大阻值处，闭合开关S，发现小灯泡L不亮。接下来，以下做法最合理的是()。

A．观察电流表的示数是否为零，判断电路是否断路 B．断开开关S，更换额定功率更大的灯泡重新实验 C．断开开关S，增加电池的个数重新实验 D．断开开关S，拆掉导线重新连接电路

解析：由于在电路中滑动变阻器滑到最大值，电路中电流可能较小，使小灯泡中电流太小，而不能发光，所以这时只要观察电流表示数是否为零就能判断电路是否断路，如果电流表示数不为零，只要移动变阻器连入电路的滑片，使滑动变阻器连入电路的电阻减小，电路中电流就会增大。答案：A 典型例题

五、当将滑动变阻器的滑片P向右移动时。图5中的哪一种连接方法可使变阻器连入电路部分的电阻增大（）

图5 解析本题考查滑动变阻器的使用方法。在A、C、D三图中，各有一段导线分别连接在滑动变阻器的金属棒和电阻线圈上，符合“一上一下”的接入原则，都能在电路中起到调节作用。C、D两图中变阻器滑片右边电阻线圈连入电路，在滑片向右移动时，变阻器连入电路部分电阻减小，故不选。图B中，两段导线都接在线圈上，无论滑片怎样移动，均不能使滑动变阻器起到调节作用，为错误的连入，故不选。这道题是对新课标“具有初步的实验操作技能，会使用简单的实验仪器和测量工具”目标的落实。答案：A

《导体的电阻》教学设计 篇6

1.内容简析

《导体的电阻》是新课标物理选修3-1的第二章《恒定电流》第六节的内容，它是电学的基本规律之一，本节内容安排在部分电路欧姆定律知识之后，起到了承上启下的作用，部分电路的欧姆定律是研究导体两端电压、流过的电流等外界条件与导体电阻的数量关系而非决定关系；电阻定律是研究导体材料、长度、横截面积等自身条件与电阻的决定关系。学生在初中已经定性研究了导体材料、长度、横截面积等自身条件与电阻的决定关系，本节在此基础上通过实验分析进行定量描述的研究，同时突出了“电阻率”这一物理概念，这部分知识与现代科技、生活、生产等有着密切联系。本节课以问题为主线，通过同手实验、观察分析，辅助以多媒体进行教学。

2.教学目标

2.1知识目标

（1）通过探究“导体电阻与其影响因素的定量关系”这个实验，探究导体电阻与长度、横截面积、材料的关系，体会控制变量法在科学研究中的重要作用。

（2）通过逻辑推理，探究导体电阻与长度、横截面积的定量关系。

（3）通过运算，知道电阻率的的物理意义及电阻定律的内容和表达式。

（4）通过“加热日光灯丝，观察欧姆表示数变化”这个实验，了解电阻率与温度的关系。

2.2能力目标

（1）经历实验探究或逻辑推理探究导体电阻与其影响因素的定量关系的过程，使学生进一步掌握控制变量的科学方法。

（2）通过探究活动，培养学生科学思维的能力和合作交流的能力。

2.3情感目标

（1）通过对各种材料电阻率的介绍，加强学生安全用电的意识。

（2）培养实事求是、严谨认真的科学态度。

（3）让学生在自主学习中体会成功的喜悦，激发求知欲望，增强学习兴趣.

3.教学重难点

重点：电阻定律；

难点：电阻率。

4.器材准备

电压表，电流表，直流电源，滑动变阻器，电阻丝示教板，酒精灯，电阻丝（一根），多用电表。

5.教学流程

环节一 旧知链接，多媒体展示问题。

（1）电阻的定义式：，电阻是反映的物理量。

（2）n个阻值同为R的电阻串联，电路的总电阻为，n个阻值同为R的电阻并联，总电阻为。

设计意图：复习旧知，为学习新知识热身。

环节二提出问题，引入新课。

（师）问题1、为了改变电路中的电流，应该如何操作？

根据欧姆定律可知，只要增加导体两端的电压或降低倒导体的电阻即可。

（师）问题2、给定一个导体，如何测量它的电阻？（学生自己设计电路）

从上述问题可以看出，导体的电阻与两端的电压以及通过导体的电流无关，那么导体的电阻与导体的哪些因素有关呢？

设计意图：通过问题引导学生思考导体的电阻究竟跟什么因素有关，激发学生学习兴趣

环节三 新课教学，分组实验、探索定律。

（1）影响电阻的因素可能有哪些呢：（材料、长度、横截面积、温度……）

（2）解决办法——控制变量法 引导学生设计表格。

（3）实验探究：

A、引导学生设计实验电路图（教师投影打出）。

B、出示电阻定律示教板、说明板上的几种金属材料。

C、引导学生连接电路，并说明注意事项。

D、依次对四种金属材料的电阻进行测量。

E、对数据进行分析：

定性观察——R与长度、横接面积有关。

设计意图：通过自己设计实验，小组合作动手做实验，测量数据，通过比较电阻与长度、横截面积的关系，初步得出电阻与长度、横截面积的关系，培养学生动手实验能力和数据分析能力。

（4）逻辑推理探究：

分组活动：A、理论探讨电阻R与长度L的关系 n个电阻串联。

B、理论探讨电阻与横截面积的关系n个电阻并联。

投影展示电路图

设计意图：通过理论探讨得出分析导体的电阻与和它的长度的关系、与它的横截面积的关系

（5）实验：探究导体电阻与材料的关系（投影展示）：

A、根据以上分析，我们可以等式的形式写出用导体长度l、导体横截面积S表示电阻R的关系式，比例系数用一常量表示，此等式为_____________。

B、已知上述试验中，导体长度l=50cm，直径d=0.50mm，横截面积S=1/4πd2=1.96×10-7m2，根据上述实验数据，分别计算上面四个导体的比例系数，并填入填入表格。

C、分析上述比例系数的物理意义：

设计意图：通过对实验数据的分析，得出比例系数即是电阻率，并使学生清楚的知道不同物体的电阻率不同，从而得出电阻定律的表达式。

环节四 总结规律，深化理解。

由学生总结电阻定律：

（1）内容：同种材料的导体的电阻R跟它的长度L成正比，跟它的横截面积S成反比；导体电组与构成它的材料有关。这就是电阻定律。

（2）公式：R=ρ

教师指出：式中ρ是比例常数，它与导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率。

电阻率ρ：

（1）电阻率是反映材料导电性能的物理量。

（2）单位：欧·米（Ω·m）

[投影]几种导体材料在20℃时的电阻率

学生思考：

（1）金属与合金哪种材料的电阻率大？

（2）制造输电电缆和线绕电阻时，怎样选择材料的电阻率？

设计意图：通过对电阻率的学习，让学生认识到电阻率在实际生活中的应用。

环节五、电阻率与温度的关系。

演示实验：将日光灯灯丝（额定功率为8W）与演示用欧姆表调零后连接成下图电路，观察用酒精灯加热灯丝前后，欧姆表示数的变化情况。

学生总结：当温度升高时，欧姆表的示数变大，表明金属灯丝的电阻增大，从而可以得出：金属的电阻率随着温度的升高而增大。

教师：介绍电阻温度计的主要构造、工作原理。如图2.6-5所示。

图2.6-5 金属电阻温度计

学生思考：锰铜合金和镍铜合金的电阻率随温度变化极小，怎样利用它们的这种性质？

设计意图：巩固知识，强化训练。

环节六：自主完善，意义构建。

让学生自己总结这节课学习的内容和方法，找出学习过程中，理解不透彻，容易混淆的地方进行小组合作学习

设计意图：培养学生自我总结、自我完善、总结梳理的自学能力，即使巩固学习的内容和方法。

热敏电阻 篇7

负温度系数(Negative Temperature Coefficient,简写为NTC)热敏电阻器由于具有温度敏感、响应速度快、体积小、形状和封装材料选择性广等性能,特别适用于高温、高湿、振动及热冲击环境下作为温度传感器。薄膜NTC热敏电阻的应用越来越广泛,可应用于消费电子(复印机、打印机等)、医疗仪器、航空探测、楼宇自动化控制(暖通、火灾报警)、移动通讯系统、雷达、功率放大器等诸多行业。薄膜热敏电阻已成为片式热敏电阻中性能最好的产品之一,正受到极大关注[1,2,3,4]。

随着半导体工艺、器件薄膜化、集成化的技术发展,可靠性高、响应时间短的薄膜热敏电阻越来越受到重视。目前行业内实际应用和研究最多的是具有尖晶石结构(AB2O4)的NTC薄膜热敏电阻。M n-C o-N i-O——又称三元系材料,是一种重要的负温度系数热敏材料,它具备尖晶石结构,由这种材料制备的负温度系数热敏电阻可以应用在温度测量、温度控制和温度补偿等方面[5]。而为了制备出性能可靠的Mn-Co-Ni-O系NTC薄膜热敏电阻,其功能薄膜的退火处理尤为关键。因此,本基金项目就退火温度对Mn-Co-Ni-O系NTC薄膜热敏电阻室温电阻的影响研究具有重要意义。

1 实验过程与分析

实验中采用真空射频磁控溅射法,以Mn:Co:N i=3:2:1的负温度系数热敏材料体系为研究对象,制备NTC热敏电阻的功能薄膜,并进行高温退火处理;然后在此基础上,制备了NTC薄膜热敏电阻。通过对NTC薄膜热敏电阻的功能薄膜结构、功能薄膜形貌及电性能进行表征及分析,研究退火温度对NTC薄膜热敏电阻室温电阻的影响。

1.1 实验过程

首先通过真空射频磁控溅射法,在60 mm×70mm的96%Al2O3基片上制备NTC薄膜热敏电阻的功能薄膜,使用的靶材体系配比Mn:Co:Ni=3:2:1,镀膜过程中的基片温度为200℃,溅射功率为60 W,在Ar气气氛环境中溅射,溅射气压为0.6 Pa,靶基距为60 mm,溅射时间为7 h,形成的薄膜厚度约为1.2μm。

接着将制备好的功能薄膜分别进行未退火、600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃的退火处理,并进行分析研究。

最后镀上金电极作为NTC薄膜热敏电阻的端电极,以实现电性能的有效测试。

1.2 仪器和分析表征

在功能薄膜制备完成后,采用Rigaku公司的Smart Lab系列X射线衍射仪(XRD)分析其不同温度下的晶体结构;采用美国Veeco Instruments公司的台阶仪对其进行膜厚测试,分析退火前后功能薄膜层的收缩情况;采用德国Zeiss公司的扫描电子显微镜(SEM)分析其表面形貌。镀上端电极后,采用恒温油槽进行了电阻测试。

2 结果与讨论

2.1 退火温度与薄膜XRD分析

图1由下至上的五条曲线分别为功能薄膜在600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃温度下退火的XRD图谱,图谱的峰相与标准PDF#23-1237卡片相同,说明600℃以上的退火温度已经生成了Mn Co2O4尖晶石晶相,Mn Co2O4晶面包括有(3,1,1)、(2,2,2)和(4,0,0)。随着退火温度的升高,功能薄膜的(2,2,2)晶面的衍射峰强度逐渐增强,说明随着退火温度的升高,N功能薄膜结晶度越来越好。在1000℃时结晶度达到最大,但是1000℃退火处理之后功能薄膜出现了杂峰。

2.2 退火温度与薄膜表面形貌结构

图2是功能薄膜在未退火、600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃退火情况下的SEM表面形貌图。从图中可以看出,未退火时功能薄膜表面未见明显晶粒生长,膜层致密性较好,如图2a所示。

600℃和700℃退火条件下,功能薄膜表面晶粒逐渐开始生长,此时晶粒尺寸约为30 nm~50 nm,但在此退火温度下,功能薄膜表面孔洞较多,且在退火过程中,晶粒出现先收缩后团聚的过程,如图2b和图2c所示。

随着退火温度升高,晶粒逐渐长大团聚,功能薄膜表面的孔洞开始减小,晶粒轮廓较为明显,气孔率较小,膜层致密性好,如图2d和图2e所示。当退火温度在1000℃时,晶粒逐渐出现过生长现象,颗粒感较强,且有部分小颗粒生成,如图2f所示。该过程与图1的XRD图谱具有一定的对应关系。

选取4颗相同膜厚的样品,分别在600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃的退火温度下测试功能薄膜的收缩情况,如图3所示。在退火处理前,各样品的功能薄膜厚度都为1.2μm。从图3可以看出,随着退火温度的升高,功能薄膜的厚度逐渐降低,退火温度越高,收缩越明显。在600℃时,功能薄膜收缩不明显,薄膜厚度收缩率在10%以内;在900℃退火时,功能薄膜的收缩率在30%左右,当退火温度升到1000℃时,功能薄膜的收缩率最大达到40%左右。

2.3 电性能

选取4颗相同阻值的NTC薄膜热敏电阻,分别在600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃退火温度下测试其室温(25℃)电阻值,数据如图4所示。从图4可以看出,4颗NTC薄膜热敏电阻在未经过退火处理、经较低温度和较高的温度退火处理的样品,室温阻值均出现了先减小、后增大的规律,这种规律与在退火过程中出现的结晶情况相对应:在未退火时,结晶还没开始,薄膜的孔洞及缺陷较多电阻阻值较大;经过较低温度的退火,应力的释放和缺陷的减少导致电阻阻值的减小[6,7];随着温度的升高,结晶开始,晶界的形成会导致电阻阻值的升高;当温度继续升高时,由于晶粒的长大、晶界的减小会导致阻值的减小。然而,高温下Mn3+离子产生的John-Teller效应[8]造成八面体间隙变形产生极化子,提高了电子跃迁势垒,并使载流子处于弱束缚状态,电子跃迁受阻导致激活能ΔE增大,由电阻值和温度关系式(1)中可以得出,电阻值是增大的。

其中,RT表示温度为T时的电阻;

ΔE为电导活化能(迁移活化能);

k表示玻尔兹曼常数(k=1.38×10-23J/K);

R0为温度趋于无穷大时的电阻。

NTC薄膜热敏电阻出现这种电性能的现象,也与之前所述的收缩率随退火温度的变化情况一致:在未退火时,功能薄膜缺陷较多,电阻较大;600℃退火时,功能薄膜发生轻微收缩,应力释放,缺陷减少,电阻减小;随着退火温度,功能薄膜已经有较大程度的收缩,晶粒逐渐变大,晶界减小,电阻会增大;1000℃时,功能薄膜收缩最大,是由于晶粒过生长,较大晶粒吞并周围较小的晶粒,因而出现较大的收缩率和室温电阻阻值。

3 结论

采用真空磁控溅射法制备的Mn-Co-Ni-O系(Mn:Co:Ni=3:2:1)NTC薄膜热敏电阻,在1000℃以内,随着退火温度的升高,NTC薄膜热敏电阻功能薄膜的收缩率逐渐增大,在1000℃收缩率最大,约为40%;同时,其室温电阻阻值也随着退火温度的升高出现了增大的现象。

室温电阻阻值变化的根本原因是退火温度对功能薄膜晶粒结构的影响导致了功能薄膜收缩率、形貌以及室温电阻的变化。

参考文献

[1]王恩信,荆玉兰.NTC热敏电阻器的现状与发展趋势[J].电子元件与材料,1997,16(4):1-9.

[2]胡润峰.NTC热敏电阻温度传感器[J].传感器世界,2001,7(7):26-29.

[3]宋秀娟,杨传仁,张继华,等.NTC热敏薄膜的研究进展[J].电子元件与材料,2008,27(8):13-15.

[4]朱金波,周继承.NTC电阻器热敏功能薄膜材料研究进展[J].材料导报,2006,20(11):28-31.

[5]Feteira A.Negative temperature coefficient resistance(NTCR)ceramic thermistors:an industrial perspective[J].J.Am.Ceram.Soc.,2009,92(5):967-983.

[6]杨文,杨邦朝.阳离子分布对尖晶石型热敏陶瓷电性能的影响[J].功能材料,2000,31(5):513-515.

[7]姜斌,王海玲,王恩信.掺杂对Mn-Co-Ni系NTC热敏电阻器稳定性的影响[J].电子元件与材料,1997,16(4):37-40.

热敏电阻 篇8

关键词：NTC热敏电阻,最小二乘法,线性化,MATLAB

0 引言

在海洋环境温度监测中, 最常用的温度传感器材料有铂电阻和热敏电阻两种, 它们的阻值都随温度变化而变化。热敏电阻是用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的测温敏感元件, 其中具有负温度系数热敏电阻的阻值较大, 灵敏度高, 比电阻大, 稳定性好, 易于制作。但由于其电阻温度特性呈非线性关系, 给实际测量和应用带来不便, 准确、简便地确定负温度系数热敏电阻的R-T关系是应用其进行温度测量的前提保证。所以本文主要从NTC热敏传感器的R-T特性出发, 利用最小二乘法原理来实现曲线拟合, 最后在MATLAB上基本实现线性化。

1 NTC热敏电阻特性分析

NTC型热敏电阻大多采用以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料经过煅烧而制成的半导体元件, 具有寿命长、高灵敏度和良好的特性。它的温度特性与半导体材料的导电机制密切相关。在低温状态下, 氧化物材料的载流子数目少, 电阻值较高;随着温度的升高, 载流子数目增加, 电阻值降低。所以NTC型热敏电阻的温度特性可以用Arrhenius方程来表示:

式中:RT是在温度T时的热敏电阻值;A为常数, 由热敏电阻的形状和尺寸等决定;B为热敏指数, 由材料的物理特性决定;T为热力学温度。

假设在某一温度T0时热敏电阻值为, 则有关系式为:

然后用 (1) 除以 (2) 得:

(3) 式就是NTC型热敏电阻阻值与温度特性的关系式。

再对上式两边取对数整理得到:

例如:通常取25℃ (T1=298K) 时热敏电阻对应的电阻值, 称为标定阻值, 计为R25;RT取在85℃ (T2=358K) 时对应的电阻值, 计为R85。代入上式可得:

只需知道热敏电阻的标定阻值和在85℃时的电阻值就能够算出B值。又因为海水温度一般在-2℃~30℃之间, 变化幅度不大, 所以可以认为在此范围内确定一个通用的B值。

通过使用Excel表格算出的热敏电阻阻值与温度关系图如表1。

取B=3950K, 标定阻值为10K, T0为常温25℃。通过Matlab编程得出热敏电阻的R-T特性曲线如图1所示。

从图形可以看出热敏电阻的阻温特性并非线性的, 而是一条非线性的曲线。这里定义T为热敏电阻温度系数, 则有:

将 (1) 代入上式得:

可以看到T是与热力学温度T的平方成反比的一个负值。这就正好解释了上图NTC热敏电阻R—T特性曲线中电阻值随着温度的升高而减小的原因, 这也是NTC热敏电阻非线性的根本原因。

2 最小二乘法基本原理

求解得:

3 NTC热敏电阻的线性化处理

用实验的方法来研究NTC热敏电阻R-T关系。现在取得一组实测数据如表2 (每隔5 5℃记录一个热敏电阻的阻值) 。

因为NTC热敏电阻R-T关系为, 可以使用MATLAB编程来求出A、B和拟合图像, 下面是主要程序:

程序运行后得到如下结果:

所得到的最小二乘法拟合直线图如图2。

从图2可以看出, 实验数据点基本分布在拟合曲线的两侧, 出入不大。相关系数为0.9999, 因此选用的线性回归函数比较合理。还可以看出只要选择合适的测量仪器, 使得测量数据更精确, 得到的拟合曲线就越趋于一条直线。

4 结语

本文从NTC热敏电阻R-T关系式:RT=A·exp[B/T]出发, 分析了其特性曲线成非线性的根本原因。这在实际测量和观测中会造成很多不便, 所以本文采用最小二乘法原理来求出方程系数, 通过关系式的变形来满足最小二乘法线性拟合要求。最后使用MATLAB编程来实现线性化处理, 这样有利于更好地测量和观察。

参考文献

[1]徐海英, 董慧媛, 刘英, 等.NTC热敏电阻B常数[J].电子器件, 2004

[2]杜以强.NTC热敏电阻R-T特性探讨[J].航天返回与遥感, 2002

[3]关奉伟, 刘巨, 于善猛, 江帆, 杨近松.NTC热敏电阻的标定及阻温特性研究[J].光机电信息, 2011

[4]徐敏.将Matlab语言引入大学物理实验教学的初步探索[J].教育教育论坛, 2010

[5]杜金祥, 杜宇轩.基于MATLAB对数函数拟合的热敏电阻特性研究[J].山西电子技术, 2013

[6]陆健最小二乘法及其MATLAB实现[J].中国西部科技, 2007

[7]邹文强, 罗飞, 张慧兰, 等.电压-温度变换特性的线性化的数值计算[J].江西理工大学学报, 2006

[8]Chen Chiachung.Evaluation of resistance-temperature calibration equations for NTC thermistors[J].Measurement, 2009

热敏电阻 篇9

对Sierpinski电阻网络等效电阻计算式的推导,可以使学生对分数维概念有一个很好的感性认识。但文献多是利用电路的串、并联知识,和Δ-Y等效变换来分析[1,2],其过程如图一所示。

其目的是将图一(a)变为图一(c),但是其中间步骤的物理思想不够明确直观。

仔细观察图Sierpinski电阻网络的生长过程(图二所示),很容易发现,只要能让第一次生长的图形变为原始图形三角形,就很容易求出其等效电阻。而让其变回三角形,只需要去除结点a、b和c。

去除这三个结点,我们需要考究一个问题就是如何将一个由5个结点组成的星形网络变为一网形网络(去除中心结点)。

2 多节点星形-网形变换

参照文献[3]关于Y-△变换的求解方法,我们对于5个节点的星形网络求解如下:

对于网形连接电路,电阻中电流为

对于星形连接电路,根据KCL和KVL得出其端子电压电流关系方程为:

由于不论U1 2、U1 3等电压为何值,两个等效电路对应的端子电流均相等,故上式与(1)式中对应电压前面的系数应该对应的相等,于是可以得到:

(2)式即为5节点星形-网形变换公式。从式中可以看出,与0点相连的结点在变换后两两之间都有电阻。

对于图二(b)的网络,我们利用(2)式依次去除abc三个节点(变换中产生并联部分直接求解),即可将其变回原始图二(a)。

对于文献[4]提到的n级嵌套的三角形电阻网络,用本文的方法也是非常方便的。

3 结论

等效电阻计算的要点就是减少电路的节点数,抓住这一点,就能让解决问题的思路得到简化。本文的方法用于文献[1,2,4]的问题处理,都会使思路更加直观。

参考文献

[1]过祥龙,张毓麟.Sierpinski电阻网络等效电阻的研究.大学物理.1997,16(4):8-10

[2]郭慧丽.Sierpinski变形电阻网络等效阻值的研究.甘肃高师学报.2001,6(2):27-28

[3]邱关源.电路(第四版).北京:高等教育出版社.1999:36-37

热敏电阻 篇10

1 热敏电阻的应用与误差源分析

负温度系数热敏电阻的电阻-温度特性总的来说是服从指数关系, 其通式一般采用下面经验公式表达:

其中:RT分RT0别表示温度为T、T0热敏电阻的阻值;Bn表示热敏电阻的材料系数, 其值一般通过实验测定, 随材料不同而不同且在一般工作范围内近似为常数。为使用方便常取25℃的环境温度为参考温度, 在该温度下上式可写为:

由上式可以看出, 热敏电阻的温度系数随着温度的降低而增大, 呈现出显著的非线性特性。因此, 在实际应用中必须对热敏电阻的非线性特性进行处理, 以提高温度检测的精确度。本文采用硬件补偿电路的方法, 补偿热敏电阻的非线性特性进行补偿。

2 热敏电阻的线性化处理方法

实际应用中, 常采用以下四种热敏电阻的线性化处理方法:

2.1 经验线性插值查表法。

该方法是非线性处理方法中最原始最简单的方法, 其基本原理是根据温度测量精度要求对热敏电阻的阻值-温度特性曲线进行分段, 并使用若干段折线拟合逼近该曲线, 将获得折点处的热敏电阻值存入数据表中。实际应用时, 在根据被测温度值通过查询数据表得出热敏电阻阻值的折线范围, 然后再根据该段折线的斜率进行线性插值, 从而求出被测温度[2]。该线性化处理方法测量温度精度较高、方法简单易行;但缺点是数据表需要通过实验数据积累获得, 工作量较大。

2.2 串并联电阻硬件补偿法。

该方法是在热敏电阻RT的两端并联电阻R2以及串联电阻R1, 通过该电路使得RT随温度线性变化。在并联R2和R1后, 电路图中的总电阻值为:

在上式中, 求出电阻R1和R2值, 就实现了在RT的线性补偿。假定补偿温度范围为t1~t2, 则取t0、t1、t2三个温度点, 假定其对应的热敏电阻值分别为Rt0、Rt1、Rt2, 对应的总电阻值分别为:R总0、R总1、R总2。则可根据上式联合求出适合的串联电阻R1值和并联电阻R2值, 实现对热敏电阻的简单线性化处理。这方法电路结构简单, 但当阻值R1、R2确定后, 其线性处理范围也就随之确定, 其使用范围受限于该两个电阻的阻值;同时, 补偿精度不高, 适用于对测量温度精度要求不高的场合。

2.3电桥差动线性补偿法。该方法是针对上述方法电路复杂、成本高的缺点而提出, 基本原理是利用电桥和差动放大电路的特性, 使用单一放大器作为非线性补偿的函数发生器, 能够在满足补偿精度的基础上实现补偿后输出参数与温度成线性关系。其电路图如图1所示。设U1、U2、U3为温度点t1、t2、t3的输出电压, 同时令t2为三个时间点的中间点, 即t2= (t1+t3) /2。不难理解, 当满足线性输出条件且U1=0时, 输出电压存在这样的关系:U2=U3/2, 再结合图1的电路图便可以导出在输出电压随时间的函数关系:

忽略高阶非线性项, 其线性偏差可以表达为:

由于三个温度点t1、t2、t3下的热敏电阻Rt1、Rt2、Rt3为已知量, 然后根据式 (6) 便可求出R、Rs、Rf值。

该方法能够在电路的复杂程度、成本、输出值的补偿精度方面取得很好的平衡, 并且具有很强的灵敏性, 能够根据需要在补偿精度、温度范围确定的情况下选用热敏电阻参数。

3 结论

热敏电阻具有体积小、精度高、响应速度快、可靠性好等特点, 然而由于热敏电阻自身电阻-温度的非线性特性, 使其测量温度的高精度只能适用于特定的温度范围内, 同时, 高可靠性、高精度的热敏电阻的制造成本高昂, 制造工艺复杂, 因此, 深入研究热敏电阻温度检测中的误差来源, 采用适宜的线性化处理方法是提高温度检测精度的重要途径。

经过本文分析认为, 经验线性插值查表法由于要求数据累积且方法较为原始, 虽然对分析人员技术能力要求低但不适用于现代工业中;串并联电阻硬件补偿法具有电路简单的特点, 但补偿精度低;电桥差动线性补偿电路较对数电路补偿法简单, 较串并联电阻硬件补偿法复杂, 并能够取得很好的补偿精度。为此, 本文认为在工程应用中可优选考虑电桥差动线性补偿。

参考文献

[1]黄贤武, 郑莜霞.传感器原理与应用[M].北京:高等教育出版社, 2004.

针对近年高考，谈谈电阻测量方法 篇11

1 伏安法测电阻

1.1 一般伏安法

一般伏安法是指同时需要伏特表和安培表，这种方法主要考虑电路的选择，并且能够分析系统误差。

①待测电阻的阻值已知：比值法选择测量电路。

由于伏特表的分流作用和安培表的分压作用，造成表的示数与负载的电压或电流真实值之间产生误差。为减小此系统误差，当待测电阻阻值RxRV，伏特表分流很小时，选择安培表外接电路，测量值是它与电压表的并联电阻，测量值偏小。

当待测电阻阻值Rx RA，安培表分压很小时，选择安培表内接电路，测量值是它与电流表的串联电阻，测量值偏大。

当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时，可根据：RARV>Rx2时，采用电流表外接法；当RARV

②待测电阻的阻值未知：试触法选择测量电路。

试触法即为依次采用电流表的内外接法，通过计算并比较电流以及电压的相对误差来确定，最后要接相对误差小的那个点。

例1 如图1所示，某同学用伏安法测量一未知电阻R的阻值，他先将电压表接在ａ点，读得两表示数分别为U1＝3.0V，I1＝3.0mＡ，然后将电压表改接在ｂ点，读得两表示数分别为U2＝2.9V，I2＝4.0mＡ，若电源输出电压恒定，由此可知电压表应接到_______点误差小，Ｒ的测量值为_________，Ｒ的真实值为_________。

析与解 电压相对原来变化不明显，电流相对原来变化明显，可见待测电阻与电流表的内阻相差的倍数大，待测电阻与电压表的内阻相差倍数要小些。答案：ａ；1000Ω，975Ω。(口诀:与变化大的电表直接相连)

1.2 伏安法的变式

伏安法的变式如图2~图7所示，实际的电压表和电流表可以充当三个角色， 都可以充当电阻，电压表可以用来测电压还可以用来测电流， 电流表可以用来测电流也可以用来测电压，在安全允许的情况下，电压表和电流表都可以串联或者并联接入电路中。

例2 从下列器材中选出适当的实验器材，设计一个电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的精确度，并测量多组数据。

(1)画出实验电路图：标明所用器材的代号。

(2)若选取测量中的一组数据来计算r1，则所用的表达式r1_______，式中各符号的意义是：________。器材(代号)与规格如下：

电流表A1，量程10mA，内阻待测(约40Ω)；

电流表A2，量程500μA，内阻r2=750Ω；

电压表V，量程10V，内阻r2=10kΩ；

电阻R1，阻值约为100Ω；

滑动变阻器R2，总阻值约50Ω；

电池E，电动势1.5V，内阻很小；

电键K，导线若干。

析与解 电流表两端允许施加的最大电压约为0.4V，若用电压表测电流表两端的电压，则电压表的指针偏转极小，所测的电压将很不准确，所以不能采用一般的伏安法，要采用伏安法的变式。

将电流表A2并联在电流表A1的两端，利用电流表测量电压，这里电流表充当了电压表的作用。要满足“多测几组数据”，滑动变阻器R2采用分压接法。实验电路如图8所示，其表达式r1=I2r2I1，I1、I2、r1、r2分别表示通过电流表A1、A2的电流和它们的内阻。

例3 为了测量量程为3V的电压表V的内阻(内阻约2000 Ω)，实验室可以提供的器材有：

电流表A1，量程为0.6A ，内阻约0.1Ω；

电压表V2，量程为5V ，内阻约3500Ω；

变阻箱R1 阻值范围为0-9999Ω；

变阻箱R2 阻值范围为0-99.9Ω；

滑动变阻器R3，最大阻值约为100Ω，额定电流1.5A；

电源E，电动势6V，内阻约0.5Ω；

单刀单掷开关K，导线若干。

(1)请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V的内阻的实验电路，画出电路原理图(图中的元件要用题中相应的英文字母标注)，要求测量尽量准确。

(2)写出计算电压表V的内阻RV 的计算公式为RV=_________。

析与解 待测电压表的量程为3V，内阻约2000Ω，电压表中的最大电流为I=(3/2000)A=1.5mA=0.0015A，电流表不能准确测量，所以也不能采用一般的伏安法。

(1)测量电压表V的内阻的实验电路如图9所示。

(2)电压表V的示数U，电压表V2的示数U2，电阻箱R1的读数r1。根据欧姆定律，利用通过电压表的电流与通过电阻R1的电流相等，算出电压表的电阻为

RV=Ur1U2-U

例4 用以下器材测量电阻Rx的阻值(900~1000Ω)：

电源E，有一定内阻，电动势约为9.0V；

电压表V1，量程为1.5V，内阻r1=750Ω；

电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500Ω；

滑线变阻器R，最大阻值约为100Ω；

单刀单掷开关K，导线若干。

(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题中相应的英文字母标注)。

(2)若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx 的公式为Rx=_______。

析与解 本题需要创新应用伏安法，但没有电流表，也不能用一般的伏安法，需要用到伏安法的变式。已知内阻的电压表V1起到了一个电流表的作用。

(1)测量电阻Rx的实验电路如图10所示。

(2)电压表V1的示数U1，电压表V2的示数U2，电压表V1的内阻r1，根据串联、并联电路的规律，算出Rx的电阻为

例5 用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材(代号)与规格如下：

电流表A1(量程250mA ，内阻r1为5Ω)，标准电流表A2(量程300mA，内阻r2约为5Ω)，待测电阻R1(阻值约为100Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值10Ω)，电源E(电动势约为10V，内阻r约为1Ω)，单刀单掷开关S，导线若干。

(1)要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号。

(2)实验中，需要直接测量的物理量是_______，用测的量表示待测电阻R1的阻值的计算公式是R1=________。

析与解 已知阻值的R1起到了一个电压表的作用，为了电路的安全，滑动变阻器需要采用分压式连接。

(1)实验电路如图11所示。

(2)A1、A2两电流表的读数I1、I2，待测电阻R1的阻值计算公式是

2 其他测量方法

2.1 替代法

原理如图12。

2.2 半偏法

原理如图，图13可测电阻较小的电流表内阻，要求R1的阻值远大于Rg，当S2闭合后认为电路中的总电流近似不变，则通过电阻箱的电流近似为Ig/2，所以电流表内阻与电阻箱的示值近似相等。实际上S2闭合后电路中的总电流要变大，所以通过电阻箱的电流要大于Ig/2，电阻箱的示值要小于电流表的内阻值，测量值偏小。

图14可测电阻较大的电压表内阻，要求R1远小于待测的电压表内阻，测量值偏大，读者自行分析。

2.3 欧姆表法

这种方法快捷方便，有很强的实用性，但测量误差比较大，在此不再赘述。

对于电阻的测量不管是一般、变式的伏安法还是其它的方法，所用到的知识主要有两个方面：第一，部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律；第二，串联和并联电路知识。

热敏电阻 篇12

冲击高电压的测量方法有很多种, 比较常用的是冲击分压器测量系统。冲击分压器可分为电阻分压器, 电容分压器和阻容分压器[1]。本文所考虑的分压器是冲击电阻分压器, 它由屏蔽电极, 高压臂和低压臂组成, 其中高低压臂均为电阻臂。冲击电阻分压器与稳态电压下的分压器基本原理相似, 但由于有动态特性的要求, 它应尽可能做成接近是无感的。现有高压臂通常用优质电阻丝以无感绕法绕制于圆形绝缘骨架上。常用的无感绕法有双线双层反向绕法;双线单层反向绕法和单线单层反向绕法。分压器的寄生电容会和分压器阻抗元件的剩余电感构成高频振荡回路, 导致输出波形畸变[2], 减小剩余电感可缓解输出波形畸变, 使响应时间变短[3,4,5]。因此探讨分压器高压臂电阻丝的绕法, 减小电感是有意义的。

本文计算了相同条件下三种无感绕法的电感值, 分析了不同骨架形状和骨架周长对于电感值的影响。本文在计算过程中运用了有限元仿真软件。有限元算法是解决有限域电磁场问题的一种有效方法, 由于有限元方法有通用性强、易于处理复杂分块均匀介质, 且能同时求取电容及电感等优点, 在电磁场数值计算方法中独树一帜[6,7]。

1 高压臂设计

1.1 电阻丝绕法

图1 (a) 所表示的是双线双层反向绕法的结构, 在绝缘筒上以螺旋间绕第一层 (内层) , 包扎绝缘层后再以反方向螺旋间绕第二层 (外层) , 包扎绝缘层后浸渍绝缘漆制成。其值可按下式计算[8]:

式中a1和a2———内层和外层绕组的半径, 厘米;l———绕组的长度, 厘米;W———单层绕组的匝数;δ———两层电阻丝的中心距离, δ=a2-a1。

图1 (b) 所示的是双线单层反向绕法结构。在绝缘筒或绝缘板上用两根电阻丝以相反方向螺旋间绕。与双层绕法相比较, 由于没有绝缘层, 单层绕法具有较小的剩余电感。双线单层反向绕法的剩余电感计算公式如下[8]:

式中ρ———电阻率, 微欧·厘米;K'———系数, 机绕取1.0, 手绕取1.3。T'可根据电阻丝的直径d和电阻率ρ以及匝距a查出[8]。

图1 (c) 表示单线单层反向绕法的结构。在绝缘筒或绝缘板上用一根电阻丝以相反方向来回间绕。这种绕法的剩余电感虽然稍微大一些, 但绝缘强度比较高。剩余电感可按下式计算[8]:

式中n———环的个数;l———环的长度, 厘米;d———环的宽度, 厘米;r0———电阻丝的半径, 厘米。

1.2 剩余电感

本文以300 k V冲击电阻分压器为算例, 设计过程中高压臂电阻值选取5 kΩ, 采用直径0.16 mm的卡玛电阻丝 (6J22型) 绕制, 电阻丝包绝缘层后直径为0.19 mm。电阻丝以三种绕法绕于周长为90 mm的圆形绝缘筒上。分别计算得出每种绕法的剩余电感如下:

计算结果中, 双线双层绕法的电感值是双线单层绕法的10.78倍, 单线单层绕法的电感值是双线单层绕法的1.97倍, 可见在用相同电阻丝绕制, 高压臂电阻相同的情况下, 双线单层绕法对于电感的降低最为明显。但是此绕法绝缘强度比另外两种绕法低, 实际可根据需要选择绕法。

2 骨架的影响

2.1 骨架形状的影响

本文以双线双层反向绕法为例, 讨论骨架形状对于剩余电感的影响, 分析的骨架为圆形和矩形。采用上文1.2节的算例, 已得出圆形骨架双线双层绕法的剩余电感为145.30μH。保持电阻丝特性和骨架周长不变的情况下分析矩形骨架。矩形骨架由于没有特定的计算公式, 因此通过软件仿真计算, 采用Infolytica公司的有限元仿真软件Magnet进行磁场分析。

保持骨架周长90 mm不变, 建立边长为22.5 mm的正方形骨架, 骨架外绕两层电阻丝, 通以不同方向的电流仿真读出电阻丝线圈的磁链, 除以电流, 得出周长90 mm的正方形骨架双线双层反向绕法的剩余电感为114.22μH, 比同周长相同绕法下的圆形骨架的剩余电感减小21.4%。

现令骨架周长不变, 改变矩形骨架的长和宽, 研究电阻丝电感值的变化, 其仿真结果如图2所示。

由图2可以看出, 在骨架周长不变的情况下, 随着矩形骨架短边宽的增加, 电感值增加, 其增长趋势逐渐变缓。当矩形骨架的短边宽等于长边宽, 即矩形骨架为正方形骨架 (本例中为22.5mm) 时, 电感值最大, 约为114.22μH, 小于同周长圆形骨架的电感。随着矩形骨架短边宽的减小, 电感迅速下降, 当短边宽为5mm时电感值为45.59μH, 为最大值的39.91%。

2.2 骨架不同周长的影响

现改变骨架的周长, 范围从70 mm至105 mm, 对圆形骨架的双线双层绕法进行仿真分析, 研究电感值变化, 在电阻值相同的情况下, 其结果见如图3。

从图3中可以看出, 电感值随着骨架周长的变化基本不变, 这是因为虽然骨架周长的增加使得电阻丝的总匝数略微变小, 但是磁通面积随之增加, 从而使得电感基本不变。实际仿真结果当周长为70 mm时, 电阻丝匝数为2 126, 电感值为148.52μH, 当周长为105 mm时, 电阻丝匝数为1 418, 电感值为148.09μH。

3 结束语

本文介绍了冲击电阻分压器电阻丝常用的三种无感绕法, 比较了相同条件下三种无感绕法的电感值, 分析了骨架形状和骨架周长对于电感值的影响, 结果表明:在电阻丝和骨架相同的情况下, 双线单层绕法的电感最小;对于双线双层反向绕法, 骨架周长相同时, 矩形骨架的电感小于圆形骨架的电感, 矩形骨架长宽比越接近1电感越大;对于圆形骨架, 电感值随着骨架周长的变化基本不变。在绕制高压臂电阻时, 可根据需要选择合适的绕法和骨架尺寸。

摘要：对于冲击电阻分压器, 在测量短脉冲时需要考虑剩余电感的影响。对冲击电阻分压器高压臂电阻的三种无感绕法进行介绍, 比较了相同条件下三种无感绕法的电感值, 分析了不同骨架形状和骨架周长对于电感值的影响。结果表明:在骨架相同的情况下, 双线单层绕法的电感最小;对于双线双层反向绕法, 骨架周长相同时, 矩形骨架的电感小于圆形骨架的电感, 矩形骨架长宽比越接近1电感越大;对于圆形骨架, 电感值随着骨架周长的变化基本不变。

关键词：冲击电阻分压器,剩余电感,高压臂,无感绕法,骨架

参考文献