半導(dǎo)體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)和制作實(shí)驗(yàn)

半導(dǎo)體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)和制作實(shí)驗(yàn)（非平衡電橋）20C到幾百度）的情況下，通常可以用水銀溫度計(jì)來(lái)測(cè)一定的溫度。由于生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，需要精密和快速的溫度測(cè)量，因而就需要靈敏度較高的溫度計(jì)?，F(xiàn)在已有各種用途的溫度計(jì)，半導(dǎo)體溫度計(jì)就是其中的一種。本實(shí)驗(yàn)的半導(dǎo)體溫度計(jì)利用熱敏電阻為傳感器，利用非平衡電橋?qū)崿F(xiàn)由電學(xué)量測(cè)量一些變化的非電量，這種思想現(xiàn)在應(yīng)用范圍擴(kuò)展到很多領(lǐng)域，如長(zhǎng)度、位移、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、光強(qiáng)等轉(zhuǎn)變成電學(xué)量，如電阻、電壓、電流、電感和電1．理解非平衡電橋的工作原理及其在非電量的電測(cè)法中的應(yīng)用。2．了解半導(dǎo)體溫度計(jì)的基本原理并設(shè)計(jì)制作一臺(tái)半導(dǎo)體溫度計(jì)二、實(shí)驗(yàn)原理1．熱敏電阻伏安特性曲線為測(cè)量熱敏電阻的阻值，需了解熱敏電阻的伏安特性。由圖1可知，在V-I曲線的起始部分，因電小，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)。圖1熱敏電阻伏安特性曲線半導(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非平衡電橋的工作圖2半導(dǎo)體溫度計(jì)測(cè)溫電路原理圖圖中G是微安表，R為熱敏電阻，當(dāng)電橋平衡時(shí)，表的指示必為零，此時(shí)應(yīng)滿T足條件：R1RR3R（1）2T若取R=R，則R的數(shù)值即為R的數(shù)值。平衡后的電橋若其中某一臂的電阻又123T發(fā)生改變，則平衡將受到破壞，微安表中將有電流流過，此為非平衡電橋。由基爾霍夫方程組求出RRT22RRRRIGVCD（2）123T2RRRRRG123T2RRRR123T2由此可見微安表中的電流大小直接反映了熱敏電阻的阻值的大小程度。由于熱敏熱敏電阻的阻值在測(cè)溫量程的下限I=0，此時(shí)滿足平衡條件。取R=R，則R=R，即R就是熱敏電阻在量程下限時(shí)的電阻值，由此也就決定了溫度增加時(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)熱敏電阻入微安計(jì)中的電流I只與V和R有關(guān)。為了讓熱敏電阻工作在線性區(qū)，一般GCDT2V的值不會(huì)超過圖1中的V。cdmax令R=R、R=R得32V1RT2RR)2(RGR1()T1T2RR（3）CDI2RRGT1T2T1T2其中，微安表內(nèi)阻R用替代法測(cè)量，其電路圖如圖3所示。G圖3測(cè)量表頭內(nèi)阻電路首先按圖接好線，保護(hù)好電表，將開關(guān)K接向a端。接通電源，調(diào)節(jié)滑線變阻器R1的滑動(dòng)頭D，使G滿量程（或某適當(dāng)值），記下G0的讀數(shù)。切斷電源E，將開關(guān)K接向b端，接通電源，再調(diào)R的值，使G保持原值不變，這時(shí)電阻箱R上的指示讀數(shù)即為表頭內(nèi)阻0R。G至此，電橋各臂電阻R，R2，R3已設(shè)定，然后焊接電路，將熱敏電阻接入即完1成一個(gè)半導(dǎo)體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作。三、實(shí)驗(yàn)器材熱敏電阻、電阻器、電阻箱、微安計(jì)、多用電表、電池、多擋開關(guān)、導(dǎo)線、電路板（待焊接）、烙鐵、恒溫水浴等。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：用半導(dǎo)體熱敏電阻作為傳感器，設(shè)計(jì)制作一臺(tái)測(cè)溫范圍為30~70°C的半導(dǎo)體溫度計(jì)；要求微安計(jì)的全部量程均能有效利用，即30°C時(shí)，微安計(jì)指示為零，70°C時(shí)，指示為滿刻度。2．實(shí)驗(yàn)步驟（1）確定各元件參數(shù)。查看電阻值---溫度數(shù)據(jù)，確定半導(dǎo)體溫度計(jì)下限溫度（30°C）所對(duì)應(yīng)的電阻值R和上限溫度（70°C）所對(duì)應(yīng)的電阻值R，取R1=R2T1T2得R3=RT1；根據(jù)實(shí)驗(yàn)中采用熱敏電阻的實(shí)際情況，本實(shí)驗(yàn)中取VCD=1V，可以保工作在伏安特性曲線的直線部分。令R1=R2，R3=RT1，由證熱敏電阻2V1RRR2RR12G12CDTTTI2RRRRGT1T2T1T2計(jì)算出12（2）焊接電路。根據(jù)電路圖和實(shí)物圖草稿，正確焊接實(shí)物電路板。使用電烙鐵注意事項(xiàng)：（a）當(dāng)工作時(shí)不需要使用時(shí)，其置于專用支架上，傷、燙傷。避免燙壞導(dǎo)線或其并將電放置地點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離易燃品。（b）烙鐵R和R的阻值，式中RT2為上限溫度電阻值，R為微安表內(nèi)阻。G應(yīng)將避免燒他物件，烙鐵的頭使用完成后，上面多余的焊錫盡可能不要亂甩，特別是往身后甩時(shí)危險(xiǎn)更大。(c)在工作完成后，烙鐵頭在沒有確信脫離電源時(shí)，不能用手摸。(d)拆焊有彈性的元器件時(shí)，不要離焊點(diǎn)太近，并使可能彈出焊錫的方向向外。（3）溫度計(jì)定標(biāo)。令Rt=RT1，調(diào)節(jié)R3使微安表指零。（注意：以后R不能變3化），接著令R=RT2，調(diào)節(jié)可變電壓源，使微安表滿量程。（為什么調(diào)R可使電表t滿刻度？）查看電阻值――溫度數(shù)據(jù)，從30°C開始，每隔5°C讀取一次數(shù)據(jù)，依次輸入標(biāo)準(zhǔn)電阻值。讀取微安表的電流值，記錄到數(shù)據(jù)表1中。繪制電流---溫度曲線。表1半導(dǎo)體溫度計(jì)的不同溫度對(duì)應(yīng)的阻值及電流溫度（℃）30阻值（Ω）電流（uA）3540455055606570(4)用自行設(shè)計(jì)溫度計(jì)測(cè)量實(shí)際溫度（如體溫，室溫等）,比較其結(jié)果(5