半導(dǎo)體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作5頁

1、實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 評(píng)分： 系 級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 日期 實(shí)驗(yàn)題目：半導(dǎo)體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)試溫度在2070 的范圍內(nèi)，選用合適的熱敏電阻和非平衡電橋線路（或選用你認(rèn)為更好的測(cè)溫電路）來設(shè)計(jì)一半導(dǎo)體溫度計(jì)。實(shí)驗(yàn)原理：（1）半導(dǎo)體溫度計(jì)就是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度急劇變化的特性而制作的，以半導(dǎo)體熱敏電阻為傳感器，通過測(cè)量其電阻值來確定溫度的儀器。這種測(cè)量方法為非電量的電測(cè)法。（2）由于金屬氧化物半導(dǎo)體的電阻值對(duì)溫度的反應(yīng)很靈敏（參見實(shí)驗(yàn)3.5.2），因此可以作為溫傳感器。為實(shí)現(xiàn)非電量的電測(cè)法，采用電學(xué)儀器來測(cè)量熱敏電阻的阻值，還需要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

2、，曲線接近線性，此時(shí)，熱敏電阻的阻值主要與外界溫度有關(guān)，電流的影響可以忽略不計(jì)。（3）半導(dǎo)體溫度計(jì)測(cè)溫電路的原理圖如圖2所示，當(dāng)電橋平衡時(shí)， 表的指示必為零，此時(shí)應(yīng)滿足條件，若取R1=R2，則R3的數(shù)值即為RT的數(shù)值。平衡后，若電橋某一臂的電阻又發(fā)生改變（如RT），則平衡將受到破壞，微安計(jì)中將有電流流過，微安計(jì)中的電流的大小直接反映了熱敏電阻的阻值的大小。（4）當(dāng)熱敏電阻的阻值在測(cè)溫量程的下限RT1時(shí)，要求微安計(jì)的 讀數(shù)為零（即IG=0），此時(shí)電橋處于平衡狀態(tài)，滿足平衡條件。若取R1=R2，則R3=RT1，即R3就是熱敏電阻處在測(cè)溫量程的下限溫度時(shí)的電阻值，由此也就決定了R3的電阻值。（5）當(dāng)

3、溫度增加時(shí)，熱敏電阻的電阻值就會(huì)減小，電橋出現(xiàn)不平衡，在微安計(jì)中就有電流流過。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。由于，則加在電橋兩端上的電壓VCD近似有： （1）根據(jù)圖2的電橋電路，由基爾霍夫方程組可以求出 （2）由于R1=R2、R3=RT1，整理后有 （3）（6）一般加在電橋兩端的電壓VCD比所選定的電池的電動(dòng)勢(shì)要低些，為了保證電橋兩端所需的電壓，通常在電源電路中串聯(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選擇。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)的下限溫度（20）所對(duì)應(yīng)的電阻值RT1和上限溫

4、度（70）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，它可以保證熱敏電阻工作在它的伏安特性曲線的直線部分。（2） 令R3=RT1，即測(cè)量溫度的下限電阻值，由式（3）計(jì)算出橋臂電阻R1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（圖2）和底版配置圖（圖3），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)K1放在1擋，電流計(jì)“+”端與E處要最后連接，以免損壞電表。（5） 標(biāo)定溫度計(jì)1） R1和R2的調(diào)節(jié)和測(cè)

5、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)？）。2） 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）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）所對(duì)應(yīng)的RT2，調(diào)節(jié)電位器R，使微安計(jì)滿量程。3） 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？）4） 開關(guān)置于3擋，從熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線上 讀出溫度2070，每隔5讀一個(gè)電阻值。電阻箱逐次選擇

6、前面所取的電阻值，讀出微安計(jì)的電流讀數(shù)I。將圖4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。（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35、55）。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。實(shí)驗(yàn)器材：熱敏電阻、待焊接的電路板、微安表、電阻器、電烙鐵、電阻箱、電池、導(dǎo)線、萬用表、恒溫水浴實(shí)驗(yàn)桌號(hào)：9號(hào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理：表1 九號(hào)臺(tái)的R-T關(guān)系 圖5 R-T曲線表2 T-R-I三者之間的關(guān)系實(shí)際測(cè)量恒溫水浴的情況為：35.3下，電流為18.2A；54.9下，電流為36.0A；室溫為14.2A；體溫為2

7、0.2A數(shù)據(jù)處理：將T-I的關(guān)系作成曲線如下 圖6 TI曲線根據(jù)上圖可以讀出，在35.3時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流大約是18.2A；在54.9時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流大約是36.4A，這兩個(gè)數(shù)據(jù)和實(shí)際測(cè)量所得到的值吻合得比較好，可以認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中的溫度標(biāo)定是成功的。所測(cè)定的室溫是31.2，手掌溫度為37.5。 給出設(shè)計(jì)制作溫度計(jì)的相對(duì)誤差？根據(jù)實(shí)際情況，所測(cè)的手掌溫度偏高，原因可能是標(biāo)定微安表時(shí)，因?yàn)槭枪雷x，37.5所對(duì)應(yīng)的讀數(shù)偏低，而測(cè)手掌溫度時(shí)讀數(shù)偏大，導(dǎo)致了一定的偏差。還有可能和實(shí)驗(yàn)當(dāng)天本人的手掌比較燙有關(guān)。實(shí)驗(yàn)中誤差的來源主要是電橋中對(duì)R1和R2電阻標(biāo)定，和對(duì)微安表的讀數(shù)，而且實(shí)驗(yàn)所給的R，T關(guān)系中存在一定誤差。用萬用表測(cè)35.3水中的熱敏電阻的阻值比所給的阻值大。最大的誤差來源于對(duì)熱敏電阻實(shí)際的溫度-電阻