半導(dǎo)體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作已批閱.

1、實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 評(píng)分：85 管理學(xué)院 系 09 級(jí) 學(xué)號(hào) PB09204073 姓名 梁永翔 日期 2010-5-09 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)。進(jìn)一步理解熱敏電阻的伏安特性和惠斯通電橋測(cè)電阻的原理，學(xué)習(xí)非電學(xué)量的電測(cè)法，了解實(shí)驗(yàn)中的替代原理的應(yīng)用。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

2、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，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

3、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)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

4、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。（

5、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)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)

6、節(jié)電位器，R4，使微安計(jì)滿量程，這時(shí)， R4=RT2。（其目的何在？）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)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理：（ ）表1 給定熱敏電

7、阻的的R-T關(guān)系圖5 給定熱敏電阻的的R-T曲線去掉多余的陰影表2 T-R-I三者之間的關(guān)系T/R/I/µA2025840.0 2521546.2 30182812.2 35151618.6 40128824.0 45108430.0 5092734.5 5578539.8 6067144.0 6557747.1 7049850.0 數(shù)據(jù)處理：根據(jù)表2 制作溫度表盤如下：圖6 溫度表盤實(shí)際測(cè)量恒溫水浴的情況為：(相對(duì)誤差= )T（水箱）/I/µAT（表盤）/相對(duì)誤差55.840.055.50.54%32.816.933.00.61%表3 恒溫水浴箱溫度與制作的表盤讀取溫度比

8、較將T-I的關(guān)系作曲線如下用光滑曲線連接標(biāo)出兩個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn) 圖7 T-I曲線根據(jù)表3與圖7可知，在55.8時(shí)，對(duì)應(yīng)的表盤讀取溫度大約是55.5,相對(duì)誤差0.54%；在32.8時(shí)，對(duì)應(yīng)的表盤讀取溫度大約是33.0，相對(duì)誤差0.61%。這兩個(gè)數(shù)據(jù)和實(shí)際測(cè)量所得到相對(duì)誤差計(jì)算式？的值吻合得比較好，可以認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中的溫度表盤標(biāo)定是成功的。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。最大的誤差來源于對(duì)熱敏電阻實(shí)際的溫度-電阻關(guān)系的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)小結(jié)：本實(shí)驗(yàn)操作中的難點(diǎn)來源于對(duì)電路的焊接。我由于沒有仔細(xì)查看課本的電路圖，導(dǎo)致第一次調(diào)試時(shí)微安表沒有反

9、應(yīng)，調(diào)試過程耗費(fèi)了不少時(shí)間，最后終于發(fā)現(xiàn)少焊了一條導(dǎo)線，將其焊上后實(shí)驗(yàn)基本順利。我在焊接過程中十分仔細(xì)地避免了虛焊等問題，這是本實(shí)驗(yàn)成功的一個(gè)因素。思考題：1.為什么R1和R2的實(shí)際值比計(jì)算值小一些而不應(yīng)比計(jì)算值大?答:因?yàn)殡娐分械倪B接R1和R2的導(dǎo)線也有電阻,如果R1和R2的實(shí)際值比計(jì)算值大,再加上其鄰接的導(dǎo)線電阻,只會(huì)比計(jì)算值越來越大,從而導(dǎo)致更大的誤差。此時(shí)調(diào)小R使微安表滿偏，則流過熱敏電阻的電流將增大，有可能使熱敏電阻偏離V-A特性線性區(qū)，進(jìn)入非線性區(qū)。2.在焊接導(dǎo)線時(shí)使用松香或焊錫油脂,這有什么用?答：松香或焊錫油脂作為助焊劑，使導(dǎo)線焊得更牢，避免虛焊。3.為什么調(diào)節(jié)R可使電表滿刻度？答：調(diào)節(jié)R可使總電阻改變，從而改變干路電流，使電表滿刻度。4.調(diào)節(jié)電位器R4使微安表滿量程,目的何在？校表。如果開關(guān)撥到2檔，則可檢查溫度計(jì)電路是否正常工作。若微安表未滿偏，則用此電路測(cè)溫度不再準(zhǔn)確。R的值發(fā)生改變或者電源電壓變化。應(yīng)重新調(diào)整電路。答：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，微安表滿量程時(shí)，此時(shí)半導(dǎo)體溫度計(jì)到達(dá)其測(cè)量溫度的上限，需R4=RT2,即為半導(dǎo)體溫度計(jì)