半導體溫度計的設計與制作預習

1、實驗報告（預習）05級數(shù)學系PB05001054駱陽2006.05.19實驗題目：3.5.3半導體溫度計的設計與制作實驗目的：采用合適的半導體熱敏電阻傳感器和非平衡電橋線路設計制作一臺半導體溫度計，并了解傳感器的應用和非電學量的電測法。實驗要求：在要求的溫度測量范圍2070 C的內(nèi)，作溫度計用的微安計的全部量程均能有效地利用，即20C時，微安計指示為零；70C時，指示為滿刻度，且長時間（幾分鐘）的測量時，微安計的讀數(shù)應穩(wěn)定不變。實驗原理：半導體溫度計是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化急劇的特性制作的，通過測量熱敏電阻的阻值來確定溫度的儀器。應根據(jù)待測溫度區(qū)間和熱敏電阻的阻值選用* .|合適電學元件

2、和測溫電路。為測量熱敏電阻的阻值，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 其阻值主要與外界溫度有關。半導體溫度計測溫電路的 “非平衡電橋”電路原理圖如圖所示， 圖中是微安計，Rt為熱敏電阻，當電橋平衡時，表的讀數(shù)為零，此時 邑 邑,R2 rt實驗中取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，微安計中流過電流。固定電橋電壓，微安計內(nèi)阻Rg，電橋各臂電阻 R1、R2、R3,就可根據(jù)微安計的讀數(shù) IG的大小計算出 Rt,進而間接測量溫度。熱敏電阻的阻值在測溫量程的下限Rti時，

3、要求電橋處于平衡狀態(tài)，由電橋原理，微安計的讀數(shù) Ig=0，此時滿足平衡條件。取 Ri=R2,則R3=Rti , 即R3就是熱敏電阻在量程下限時的電阻值，由此也就決定了 R3的電阻值。溫度增加時，熱敏電阻阻值減小，平衡受破壞，微安計中流過電流。當熱 敏電阻處在測溫量程的上限溫度電阻值Rt2時，要求微安計的讀數(shù)為滿刻度。此時，流入微安計中的電流Ig只與VCD和RT2有關。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R3=RT2時），可利用上式確定電池個數(shù)。所選電池的電動勢應高于加在電橋 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)一個可 變電阻器R,它的電阻值應根據(jù)電橋電路中的總電流來選擇。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相對應，也就是和It相對 應的，分析式（1）, It小一些會使 Vcd也小一些，相應的 R1和R2的實際值也可比計算值小一些。本實驗中，可取Vcd=1V計算R1。實驗內(nèi)容：1. 在坐標紙上繪出熱敏電阻的電阻-溫度曲線，確定所設計的半導體溫度計

5、的下限溫度（20 C）所對應的電阻值 Rti和上限溫度（70C ）所對應的電阻值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)實驗中采用的熱敏電阻的實際情況，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，即測量溫度的下限電阻值，由式（3）計算出橋臂電阻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，對照實驗所用元件、位置及線路的連接方向。4. 注意正確使用電烙鐵，學會焊接，防止重焊、虛焊、漏焊、斷路。焊接時Ki放在1擋，電流計“ + 端與E處要最后連接， 以免損壞電表。5.

6、標定溫度計：a）R1和R2的調(diào)節(jié)和測量：開關置于1擋，撥下E處接線，斷開微安計，用多用表檢查R1和R2,使之阻值達到式（3） 的計算值（可以取比計算值略小的整數(shù)）。b）將電阻箱接入接線柱 A和B,用它代替熱敏電阻，開關置于3位置，令電阻箱的阻值為測量下限溫度（20 C）所對應的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 ）所對應的Rt2，調(diào)節(jié)電位器 R,使 微安計滿量程。（為什么調(diào)R可使電表滿刻度？）c）開關置于2擋，調(diào)節(jié)電位器，R4,使微安計滿量程，這時，R4= , RT2。（其目的何在？）d）開關置于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讀一個電阻值。電阻箱逐次選擇前面所取的電阻值，讀出微安計的電流讀數(shù)I。將圖的表盤刻度改成溫度的刻度。另外，作出對應的I-T曲線并與表盤刻度比較。ffi 3.S.3-S nt支卅豪矍6. 用實際熱敏電阻代替電阻箱，整個部分就是經(jīng)過定標的半導體溫度計。用此溫度計測量兩個恒溫狀態(tài)的溫度（如 35C、55C）。讀出半導體溫度計和恒溫水浴自身的溫度,比較其結果（也可試測自己的體溫或室溫）給出的熱敏電阻的相關參數(shù)及在及某些溫度下的阻值如下表:四號臺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