半導(dǎo)體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作預(yù)習(xí)

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（預(yù)習(xí)）05級(jí)數(shù)學(xué)系PB05001054駱陽(yáng)2006.05.19實(shí)驗(yàn)題目：3.5.3半導(dǎo)體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作實(shí)驗(yàn)?zāi)康模翰捎煤线m的半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器和非平衡電橋線路設(shè)計(jì)制作一臺(tái)半導(dǎo)體溫度計(jì)，并了解傳感器的應(yīng)用和非電學(xué)量的電測(cè)法。實(shí)驗(yàn)要求：在要求的溫度測(cè)量范圍2070 C的內(nèi)，作溫度計(jì)用的微安計(jì)的全部量程均能有效地利用，即20C時(shí)，微安計(jì)指示為零；70C時(shí)，指示為滿刻度，且長(zhǎng)時(shí)間（幾分鐘）的測(cè)量時(shí)，微安計(jì)的讀數(shù)應(yīng)穩(wěn)定不變。實(shí)驗(yàn)原理：半導(dǎo)體溫度計(jì)是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化急劇的特性制作的，通過測(cè)量熱敏電阻的阻值來(lái)確定溫度的儀器。應(yīng)根據(jù)待測(cè)溫度區(qū)間和熱敏電阻的阻值選用* .|合適電學(xué)元件

2、和測(cè)溫電路。為測(cè)量熱敏電阻的阻值，需了解熱敏電阻的伏安特性。由圖可知，在V-I曲線的起始部分，因電流很太小，溫度變化微小，曲線接近線性。此時(shí) 其阻值主要與外界溫度有關(guān)。半導(dǎo)體溫度計(jì)測(cè)溫電路的 “非平衡電橋”電路原理圖如圖所示， 圖中是微安計(jì)，Rt為熱敏電阻，當(dāng)電橋平衡時(shí)，表的讀數(shù)為零，此時(shí) 邑 邑,R2 rt實(shí)驗(yàn)中取Ri=R2,則Rt = R3 。平衡后，若電橋某一臂的電阻發(fā)生改變 （如 Rt）,則平衡將受破壞，微安計(jì)中流過電流。固定電橋電壓，微安計(jì)內(nèi)阻Rg，電橋各臂電阻 R1、R2、R3,就可根據(jù)微安計(jì)的讀數(shù) IG的大小計(jì)算出 Rt,進(jìn)而間接測(cè)量溫度。熱敏電阻的阻值在測(cè)溫量程的下限Rti時(shí)，

3、要求電橋處于平衡狀態(tài)，由電橋原理，微安計(jì)的讀數(shù) Ig=0，此時(shí)滿足平衡條件。取 Ri=R2,則R3=Rti , 即R3就是熱敏電阻在量程下限時(shí)的電阻值，由此也就決定了 R3的電阻值。溫度增加時(shí)，熱敏電阻阻值減小，平衡受破壞，微安計(jì)中流過電流。當(dāng)熱 敏電阻處在測(cè)溫量程的上限溫度電阻值Rt2時(shí)，要求微安計(jì)的讀數(shù)為滿刻度。此時(shí)，流入微安計(jì)中的電流Ig只與VCD和RT2有關(guān)。若有I T I G ,則近似地有Vcd It（R3 R） （ 1 ），所以根據(jù)熱敏電阻的最大工作電流（當(dāng)R3=RT2時(shí)），可利用上式確定電池個(gè)數(shù)。所選電池的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)高于加在電橋 兩端的電壓 Vcd，為了提供電橋兩端所需的電壓，通常

4、需在干路中串聯(lián)一個(gè)可 變電阻器R,它的電阻值應(yīng)根據(jù)電橋電路中的總電流來(lái)選擇。RT2R2由基爾霍夫方程組求出R1R2R3Rr2R3=Rt1 得 R12Vcd J2RgR R2r1 r2R3RT2R3RT2Vcd(2),令R1=R2、禺2RT1RT22(RgRt1 Rt2RT1RT2）（3）,由式（3）就可以確定R1和R2。這樣確定的R1和R2是與選擇的Vcd相對(duì)應(yīng)，也就是和It相對(duì) 應(yīng)的，分析式（1）, It小一些會(huì)使 Vcd也小一些，相應(yīng)的 R1和R2的實(shí)際值也可比計(jì)算值小一些。本實(shí)驗(yàn)中，可取Vcd=1V計(jì)算R1。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 在坐標(biāo)紙上繪出熱敏電阻的電阻-溫度曲線，確定所設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體溫度計(jì)

5、的下限溫度（20 C）所對(duì)應(yīng)的電阻值 Rti和上限溫度（70C ）所對(duì)應(yīng)的電阻值Rt2。再由熱敏電阻的伏安特性曲線確定最大工作電流It。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中采用的熱敏電阻的實(shí)際情況，選取Vcd=1V，以保證熱敏電阻在它的伏安特性曲線的直線部分工作。2. 令R3=Rti，即測(cè)量溫度的下限電阻值，由式（3）計(jì)算出橋臂電阻Rl和R2的電阻值。式中 RT2為量程上限溫度的電阻值； Rg為微安表的內(nèi)阻。3. 熟悉線路原理圖和底版配置圖，對(duì)照實(shí)驗(yàn)所用元件、位置及線路的連接方向。4. 注意正確使用電烙鐵，學(xué)會(huì)焊接，防止重焊、虛焊、漏焊、斷路。焊接時(shí)Ki放在1擋，電流計(jì)“ + 端與E處要最后連接， 以免損壞電表。5.

6、標(biāo)定溫度計(jì)：a）R1和R2的調(diào)節(jié)和測(cè)量：開關(guān)置于1擋，撥下E處接線，斷開微安計(jì)，用多用表檢查R1和R2,使之阻值達(dá)到式（3） 的計(jì)算值（可以取比計(jì)算值略小的整數(shù)）。b）將電阻箱接入接線柱 A和B,用它代替熱敏電阻，開關(guān)置于3位置，令電阻箱的阻值為測(cè)量下限溫度（20 C）所對(duì)應(yīng)的RT1，調(diào)節(jié)電位器R3,使電表指示為零（注意， 在以后調(diào)節(jié)過程中，R3保持不變）。然后，使電阻箱的阻 值為上限溫度（70 C ）所對(duì)應(yīng)的Rt2，調(diào)節(jié)電位器 R,使 微安計(jì)滿量程。（為什么調(diào)R可使電表滿刻度？）c）開關(guān)置于2擋，調(diào)節(jié)電位器，R4,使微安計(jì)滿量程，這時(shí)，R4= , RT2。（其目的何在？）d）開關(guān)置于3擋，從

7、熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線上讀出溫度20C70C，每隔2.5 C讀一個(gè)電阻值。電阻箱逐次選擇前面所取的電阻值，讀出微安計(jì)的電流讀數(shù)I。將圖的表盤刻度改成溫度的刻度。另外，作出對(duì)應(yīng)的I-T曲線并與表盤刻度比較。ffi 3.S.3-S nt支卅豪矍6. 用實(shí)際熱敏電阻代替電阻箱，整個(gè)部分就是經(jīng)過定標(biāo)的半導(dǎo)體溫度計(jì)。用此溫度計(jì)測(cè)量?jī)蓚€(gè)恒溫狀態(tài)的溫度（如 35C、55C）。讀出半導(dǎo)體溫度計(jì)和恒溫水浴自身的溫度,比較其結(jié)果（也可試測(cè)自己的體溫或室溫）給出的熱敏電阻的相關(guān)參數(shù)及在及某些溫度下的阻值如下表:四號(hào)臺(tái)T (C)R ( Q)T (C)R ( Q)15.0316250.091820.0258655.077725.0214860.066330.0181865.057035.0150870.049140.0128075.042845.01077Rg=4003 QIg =50 3 AUcd=1V可看出 Rt