溫度系數(shù)測(cè)量

1、Ch3電子材料與元件溫度系數(shù)的測(cè)量主要內(nèi)容溫度特性的概念溫度特性的概念實(shí)驗(yàn)溫度的獲得和測(cè)量準(zhǔn)確度的分析實(shí)驗(yàn)溫度的獲得和測(cè)量準(zhǔn)確度的分析電阻溫度系數(shù)的測(cè)量電阻溫度系數(shù)的測(cè)量電容溫度系數(shù)的測(cè)量電容溫度系數(shù)的測(cè)量一、溫度特性的概念物理參數(shù)物理參數(shù)溫度溫度材料結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)和工藝和工藝 電子材料以及由電子材料制成的元器件其物理參數(shù)隨溫度變化電子材料以及由電子材料制成的元器件其物理參數(shù)隨溫度變化的現(xiàn)象稱為溫度特性。的現(xiàn)象稱為溫度特性。隨溫度變隨溫度變化規(guī)律的化規(guī)律的多樣多樣 由于溫度特性變化規(guī)律的多樣性，因此由于溫度特性變化規(guī)律的多樣性，因此 不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式將其表征，通常采用測(cè)量

2、方法確定。達(dá)式將其表征，通常采用測(cè)量方法確定。電子材料溫度特性的表征可采用下面三種形式：電子材料溫度特性的表征可采用下面三種形式：(1)電阻或電容電阻或電容(或介電系數(shù)或介電系數(shù))的溫度系數(shù)。的溫度系數(shù)。 參數(shù)：參數(shù)：R，c，s(2)極限溫度下電阻值或電容量極限溫度下電阻值或電容量(或介電系數(shù)或介電系數(shù))變化百分率。變化百分率。(3)阻值或容量溫度循環(huán)漂移。阻值或容量溫度循環(huán)漂移。一、溫度特性的概念1.電阻溫度系數(shù)：電阻溫度系數(shù)： 在某一規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，溫度每改變一度電阻值的相對(duì)變化率。在某一規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，溫度每改變一度電阻值的相對(duì)變化率。用每度百萬分之幾或用每度百萬分之幾或1e

3、-6/C或或ppm /C表示。表示。R1，R2分別是分別是t1，t2時(shí)的電阻，時(shí)的電阻， t1通常是標(biāo)準(zhǔn)條件下的溫度通常是標(biāo)準(zhǔn)條件下的溫度(20 5C)實(shí)際溫度系數(shù)的大小和符號(hào)是隨溫度改變而變化的，因此電阻器或材料電阻溫度系數(shù)是在使用范圍內(nèi)，任意溫度間的溫度系數(shù)平均值。 一、溫度特性的概念R =TKR=(1/R)(dR/dt)TKR平均平均=(1/R1) (R2-R1)/ (t2-t1) 1e6(ppm /C)一、溫度特性的概念對(duì)于溫度特性是線性或近似線性，可通過下列溫度下達(dá)到熱穩(wěn)定后測(cè)量對(duì)于溫度特性是線性或近似線性，可通過下列溫度下達(dá)到熱穩(wěn)定后測(cè)量確定溫度系數(shù)。確定溫度系數(shù)。最高環(huán)境最高環(huán)境

4、溫度溫度205C最低環(huán)境最低環(huán)境溫度溫度205C最后測(cè)的溫度系數(shù)最后測(cè)的溫度系數(shù)R =R/(Rt)1e6（1e-6/C）。）。式中式中R是是(a)和和(c)溫度下的阻值，溫度下的阻值，R是是(b)和和(a)或或(d)和和(c)溫度下的阻值之差。溫度下的阻值之差。t是是(b)和和(a)或或(d)和和(c)的實(shí)測(cè)溫度之差。的實(shí)測(cè)溫度之差。(a)(b)(c)(d)一、溫度特性的概念對(duì)于溫度特性是非線性，根據(jù)電阻器允許的環(huán)境溫度范圍，依次在下列對(duì)于溫度特性是非線性，根據(jù)電阻器允許的環(huán)境溫度范圍，依次在下列溫度下使樣品達(dá)到熱穩(wěn)定后測(cè)量其阻值。溫度下使樣品達(dá)到熱穩(wěn)定后測(cè)量其阻值。表表3-1所列所列各溫度點(diǎn)

5、各溫度點(diǎn)205C表表3-1所列所列各溫度點(diǎn)各溫度點(diǎn)205C(a)(b)(c)(d)相鄰兩點(diǎn)間的電阻溫度系數(shù)為：相鄰兩點(diǎn)間的電阻溫度系數(shù)為： R =R/(Rt)1e6（1e-6/C）式中式中R/R 是相鄰兩點(diǎn)間的阻值相對(duì)變化值，是相鄰兩點(diǎn)間的阻值相對(duì)變化值，t是相鄰兩點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度差。是相鄰兩點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度差。一、溫度特性的概念對(duì)于溫度特性是非線性，且近似拋物線時(shí)，依次在下列溫度下使樣品達(dá)對(duì)于溫度特性是非線性，且近似拋物線時(shí)，依次在下列溫度下使樣品達(dá)到熱穩(wěn)定后測(cè)量其阻值。到熱穩(wěn)定后測(cè)量其阻值。200.1CR20400.1CR40100.1CR10(a)(b)(c)一、溫度特性的概念電阻器的一次溫度系

6、數(shù)電阻器的一次溫度系數(shù)20和二次溫度系數(shù)和二次溫度系數(shù)20分別按下式進(jìn)行計(jì)算。分別按下式進(jìn)行計(jì)算。20=(40-410)/60 1e620 =(40-210)/600 1e6式中：式中：40=(R40-R20)/R20 為溫度由為溫度由20變?yōu)樽優(yōu)?0時(shí)的阻值相對(duì)變化；時(shí)的阻值相對(duì)變化；10=(R10-R20)/R20為溫度由為溫度由20變?yōu)樽優(yōu)?0時(shí)的阻值相對(duì)變化。時(shí)的阻值相對(duì)變化。一、溫度特性的概念2.電容溫度系數(shù)：電容溫度系數(shù)： 在極限溫度范圍內(nèi)，溫度每改變一度，容量的相對(duì)變化率。在極限溫度范圍內(nèi)，溫度每改變一度，容量的相對(duì)變化率。ac=TKC=dC/(Cdt) 或介電系數(shù)溫度系數(shù)：或介

7、電系數(shù)溫度系數(shù)：a=TK=d/(dt)同樣由于溫度系數(shù)變化的非線性，故采用容量的平均溫度系數(shù)同樣由于溫度系數(shù)變化的非線性，故采用容量的平均溫度系數(shù)ac=(C2-C1)/C1(t2-t1) 1e6（ 1e-6/C ）C1為室溫為室溫t1下測(cè)得的容量；下測(cè)得的容量；C2為極限溫度下測(cè)得的容量。為極限溫度下測(cè)得的容量。一、溫度特性的概念3.極限溫度下阻值或容量變化百分率是對(duì)變化為非線性產(chǎn)品，確定其在極限溫度下阻值或容量變化百分率是對(duì)變化為非線性產(chǎn)品，確定其在極限溫度下的阻值或容量相對(duì)于極限溫度下的阻值或容量相對(duì)于20 2C時(shí)，阻值或容量的相對(duì)變化時(shí)，阻值或容量的相對(duì)變化率：率： 阻值變化率阻值變化率

8、 R%=(R1-R0)/R0 100% 容量變化率容量變化率 C%=(C1-C0)/C0 100% 式中：式中：R1、C1為在極限溫度下測(cè)得的阻值和容量；為在極限溫度下測(cè)得的阻值和容量； R0、C0為在為在20 2C下測(cè)得的阻值和容量下測(cè)得的阻值和容量一、溫度特性的概念4.阻值或容量溫度循環(huán)漂移：阻值或容量溫度循環(huán)漂移： 是確定電阻和電容器經(jīng)受正、負(fù)溫度循環(huán)期間或溫度循環(huán)之后，阻是確定電阻和電容器經(jīng)受正、負(fù)溫度循環(huán)期間或溫度循環(huán)之后，阻值或容量相對(duì)于室溫的最大相對(duì)不可逆變化。有時(shí)稱為阻值和容量穩(wěn)定值或容量相對(duì)于室溫的最大相對(duì)不可逆變化。有時(shí)稱為阻值和容量穩(wěn)定性系數(shù)。性系數(shù)。測(cè)量條件如下：測(cè)量條

9、件如下：最低環(huán)境最低環(huán)境溫度溫度3C202C最高環(huán)境最高環(huán)境溫度溫度2C202C(a)(b)(c)(d)202C(e)阻值和容量溫度漂移為：阻值和容量溫度漂移為：一、溫度特性的概念（a）阻值負(fù)溫度循環(huán)漂移）阻值負(fù)溫度循環(huán)漂移容值負(fù)溫度循環(huán)漂移容值負(fù)溫度循環(huán)漂移（b）阻值正溫度循環(huán)漂移）阻值正溫度循環(huán)漂移容值正溫度循環(huán)漂移容值正溫度循環(huán)漂移（c）阻值正、負(fù)溫度循環(huán)漂移）阻值正、負(fù)溫度循環(huán)漂移容值正、負(fù)溫度循環(huán)漂移容值正、負(fù)溫度循環(huán)漂移Ra、Ca、Rc、Cc、Re、Ce分分別為在別為在a、c、e點(diǎn)所測(cè)得的阻值點(diǎn)所測(cè)得的阻值和容量，通常選和容量，通常選用上述一組或最用上述一組或最大的大的值值我國用溫

10、度系數(shù)來表征溫度特性。我國用溫度系數(shù)來表征溫度特性。二、實(shí)驗(yàn)溫度的獲得和測(cè)量準(zhǔn)確度的分析當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度高于室溫：當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度高于室溫：電熱鼓風(fēng)電熱鼓風(fēng)恒溫箱恒溫箱200300精度精度 1空氣循環(huán)空氣循環(huán)當(dāng)溫度控制精度要求更精確采用超級(jí)恒溫箱，采用熱水或油循環(huán)調(diào)節(jié)溫當(dāng)溫度控制精度要求更精確采用超級(jí)恒溫箱，采用熱水或油循環(huán)調(diào)節(jié)溫度，溫度控制精度在度，溫度控制精度在 0.1二、實(shí)驗(yàn)溫度的獲得和測(cè)量準(zhǔn)確度的分析當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度低于室溫：當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度低于室溫：可采用冰箱、低溫箱或冷凍設(shè)備。簡(jiǎn)易制冷可采用鹽冰混合物、干冰加可采用冰箱、低溫箱或冷凍設(shè)備。簡(jiǎn)易制冷可采用鹽冰混合物、干冰加不同比例酒精或液氮。不同比例酒精或液

11、氮。典型電阻及電容與溫度的關(guān)系典型電阻及電容與溫度的關(guān)系二、實(shí)驗(yàn)溫度的獲得和測(cè)量準(zhǔn)確度的分析電阻器阻值與溫度關(guān)系電阻器阻值與溫度關(guān)系電容器容值與溫度關(guān)系電容器容值與溫度關(guān)系實(shí)際測(cè)量由于采用平均溫度系數(shù)，這是造成溫度系數(shù)測(cè)量實(shí)際測(cè)量由于采用平均溫度系數(shù)，這是造成溫度系數(shù)測(cè)量誤差的重要原因。誤差的重要原因。當(dāng)絕對(duì)誤差一定時(shí)，當(dāng)絕對(duì)誤差一定時(shí)， t選擇越大，溫度造成的誤差降低，從而使溫選擇越大，溫度造成的誤差降低，從而使溫度系數(shù)的測(cè)量誤差小。度系數(shù)的測(cè)量誤差小。二、實(shí)驗(yàn)溫度的獲得和測(cè)量準(zhǔn)確度的分析不同的不同的t下溫度系數(shù)誤差與溫度測(cè)量下溫度系數(shù)誤差與溫度測(cè)量誤差的關(guān)系誤差的關(guān)系不同的不同的t下不同阻

12、值測(cè)量準(zhǔn)下不同阻值測(cè)量準(zhǔn)確度對(duì)溫度系數(shù)誤差的影響確度對(duì)溫度系數(shù)誤差的影響減小誤差的方法減小誤差的方法: :二、實(shí)驗(yàn)溫度的獲得和測(cè)量準(zhǔn)確度的分析（1）采用鼓風(fēng)加熱設(shè)備或熱容比較大的媒質(zhì)進(jìn)行熱傳導(dǎo)，）采用鼓風(fēng)加熱設(shè)備或熱容比較大的媒質(zhì)進(jìn)行熱傳導(dǎo)，提高溫度均勻性；提高溫度均勻性；（2）對(duì)箱體內(nèi)溫度分布進(jìn)行測(cè)量，采用校正曲線修正溫度）對(duì)箱體內(nèi)溫度分布進(jìn)行測(cè)量，采用校正曲線修正溫度隨位置的分布；隨位置的分布；（3）控制升溫速度來減少熱惰性的影響，通常規(guī)定每分鐘）控制升溫速度來減少熱惰性的影響，通常規(guī)定每分鐘不超過不超過4C；（4）采用靈敏傳感器，如電阻溫度計(jì)等，配合）采用靈敏傳感器，如電阻溫度計(jì)等，配合

13、PID控制，控制，提高控制靈敏度和精度。提高控制靈敏度和精度。三、電阻溫度系數(shù)測(cè)量電阻溫度系數(shù)的測(cè)量方法電阻溫度系數(shù)的測(cè)量方法: :1.間接測(cè)量法間接測(cè)量法間接測(cè)量通常采用兩箱法：間接測(cè)量通常采用兩箱法： 將電阻樣品置于規(guī)定的將電阻樣品置于規(guī)定的T1、T2下達(dá)到熱平衡，利用上面章節(jié)介下達(dá)到熱平衡，利用上面章節(jié)介紹的各種電阻測(cè)量?jī)x，分別測(cè)量其阻值，然后按照溫度系數(shù)定義紹的各種電阻測(cè)量?jī)x，分別測(cè)量其阻值，然后按照溫度系數(shù)定義及公式計(jì)算得到。及公式計(jì)算得到。直接測(cè)量通常采用不平衡電橋或極限電橋原理：直接測(cè)量通常采用不平衡電橋或極限電橋原理： 圖中所示為極限電橋，其橋接網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上就是惠斯頓電橋，其不同

14、之處在于圖中所示為極限電橋，其橋接網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上就是惠斯頓電橋，其不同之處在于有一靈敏的零點(diǎn)指示器和一精密電位器。有一靈敏的零點(diǎn)指示器和一精密電位器。 工作原理：正常工作下，精密電位器調(diào)節(jié)置于中間位置。常溫時(shí)改變工作原理：正常工作下，精密電位器調(diào)節(jié)置于中間位置。常溫時(shí)改變RN來平衡來平衡 Rx；當(dāng)溫度升高時(shí)，；當(dāng)溫度升高時(shí)，Rx阻值改變，這是用精密電位器來補(bǔ)償，因此，可根據(jù)阻值改變，這是用精密電位器來補(bǔ)償，因此，可根據(jù)電位器改變的數(shù)值直接讀出電阻器電位器改變的數(shù)值直接讀出電阻器Rx的溫度系數(shù)。的溫度系數(shù)。三、電阻溫度系數(shù)測(cè)量2.直接測(cè)量法直接測(cè)量法電阻溫度系數(shù)的測(cè)量方法電阻溫度系數(shù)的測(cè)量方法: :

15、極限電橋原理極限電橋原理精密電精密電位器位器三、電阻溫度系數(shù)測(cè)量電位器每邊有電位器每邊有500500個(gè)刻度，其阻值為個(gè)刻度，其阻值為500500，所以電位器每改變一個(gè)刻度則，所以電位器每改變一個(gè)刻度則代表代表0.01%0.01%的改變量，最大可讀的改變量，最大可讀5%5%的的電阻值相對(duì)變化量。因此，當(dāng)確定溫度電阻值相對(duì)變化量。因此，當(dāng)確定溫度改變量改變量TT后可直接將刻度盤標(biāo)記為電后可直接將刻度盤標(biāo)記為電阻溫度系數(shù)值。阻溫度系數(shù)值。電阻溫度系數(shù)的測(cè)量方法電阻溫度系數(shù)的測(cè)量方法: :變化范圍變化范圍9.5K-10.5K四、電容溫度系數(shù)測(cè)量電容器溫度系數(shù)的測(cè)量方法電容器溫度系數(shù)的測(cè)量方法: :電容

16、器溫度系數(shù)測(cè)量有：兩箱法和差頻諧振原理方法。電容器溫度系數(shù)測(cè)量有：兩箱法和差頻諧振原理方法。一般采用第二種方法，因?yàn)橐话悴捎玫诙N方法，因?yàn)镃C變化很小，用一般方法測(cè)量誤變化很小，用一般方法測(cè)量誤差大，且不方便，采用差頻法簡(jiǎn)單易行，測(cè)量精度也較高。差大，且不方便，采用差頻法簡(jiǎn)單易行，測(cè)量精度也較高。原理：將被測(cè)電容接入測(cè)量振蕩器的振蕩回路，與另一參數(shù)原理：將被測(cè)電容接入測(cè)量振蕩器的振蕩回路，與另一參數(shù)振蕩器進(jìn)行差拍。因被測(cè)電容器未接入時(shí)，兩振蕩器頻率相等振蕩器進(jìn)行差拍。因被測(cè)電容器未接入時(shí)，兩振蕩器頻率相等，差拍得到零差。接入被測(cè)電容器后，兩振蕩器差拍失去零差，差拍得到零差。接入被測(cè)電容器后，

17、兩振蕩器差拍失去零差，只有減小測(cè)量振蕩回路中的標(biāo)準(zhǔn)可變電容器容量才使之恢復(fù)，只有減小測(cè)量振蕩回路中的標(biāo)準(zhǔn)可變電容器容量才使之恢復(fù)零差，則標(biāo)準(zhǔn)電容器減少之容量為待測(cè)電容器容量。零差，則標(biāo)準(zhǔn)電容器減少之容量為待測(cè)電容器容量。四、電容溫度系數(shù)測(cè)量差頻法原理圖差頻法原理圖由于電容的溫度特性，當(dāng)被測(cè)電容在不同溫度時(shí)，得到零差由于電容的溫度特性，當(dāng)被測(cè)電容在不同溫度時(shí)，得到零差時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電容器減小的電容值不同，因此可利用此來確定待測(cè)電時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電容器減小的電容值不同，因此可利用此來確定待測(cè)電容器的溫度系數(shù)。容器的溫度系數(shù)。（1）在溫度）在溫度T1時(shí)，零差標(biāo)準(zhǔn)可變電容讀數(shù)為時(shí)，零差標(biāo)準(zhǔn)可變電容讀數(shù)為C1，回路，回路

18、總電容總電容C1+Cx；。；。因回路諧振頻率不變，所以因回路諧振頻率不變，所以 C2+Cx+ C= C1+Cx又因又因 2=1/(L(C1+Cx)所以所以 Cx=1/(2L)-C1則則 TKC= C/(Cx T)= C2L/ ( T(1-2LC1)四、電容溫度系數(shù)測(cè)量（2）在溫度）在溫度T2時(shí)，改變標(biāo)準(zhǔn)可變電容，使之恢復(fù)零差，時(shí)，改變標(biāo)準(zhǔn)可變電容，使之恢復(fù)零差，此時(shí)電容讀數(shù)為此時(shí)電容讀數(shù)為C2，回路總電容，回路總電容C2+Cx+ C；。；。另外可利用振蕩頻率的變化測(cè)量溫度系數(shù)另外可利用振蕩頻率的變化測(cè)量溫度系數(shù)回路諧振頻率與其參數(shù)存在下面關(guān)系：回路諧振頻率與其參數(shù)存在下面關(guān)系：當(dāng)當(dāng)Cx變化很小

19、時(shí)，變化很小時(shí)，CxCx+C，可以求出，可以求出Cx的增量的增量Cx四、電容溫度系數(shù)測(cè)量因?yàn)橐驗(yàn)長(zhǎng)給定，只要使（給定，只要使（C+Cx）為一常數(shù)，則）為一常數(shù)，則Cx和和f就存在固定的線就存在固定的線性關(guān)系。性關(guān)系。 根據(jù)電容溫度系數(shù)可知根據(jù)電容溫度系數(shù)可知四、電容溫度系數(shù)測(cè)量式中式中K為一常數(shù)為一常數(shù)KY在同一測(cè)量波段內(nèi)，當(dāng)在同一測(cè)量波段內(nèi)，當(dāng)Cx在在2C附近變化時(shí)，也可視為常數(shù)附近變化時(shí)，也可視為常數(shù)測(cè)試誤差曲線測(cè)試誤差曲線測(cè)試從圖可以看出，在測(cè)試從圖可以看出，在1.6C Cx 2.4C范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，Y可近似認(rèn)為可近似認(rèn)為是一常數(shù)，其誤差不大于是一常數(shù)，其誤差不大于1%；在在1.4C Cx 2.8C范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，Y可近似認(rèn)為是一常數(shù)，其誤差不可近似認(rèn)為是一常數(shù)，其誤差不大于大于2%，因此可以認(rèn)為，因此可以認(rèn)為ac和和f之間近似地存在著固定的線性之間近似地存在著固定的線性關(guān)系，只要測(cè)出關(guān)系，只要測(cè)出f值，就可確知被測(cè)電容溫度系數(shù)。值，就可確知被測(cè)電容溫度系數(shù)。四、電容溫度系數(shù)測(cè)量頻率法測(cè)試步驟頻率法測(cè)試步驟a.在溫度在溫度T1下，接入被測(cè)電容器下，接入被測(cè)電容器Cx到振蕩器回路，調(diào)諧電容到振