半導(dǎo)體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作胡VIP

1、Laughing ManJ05 級(jí)數(shù)學(xué)系PB050010674+J實(shí)驗(yàn)?zāi)康陌雽?dǎo)體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作ll采用合適的半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器和非平衡電橋線路設(shè)計(jì)制作一臺(tái)半導(dǎo)體溫度計(jì)；了解傳感器的應(yīng)用和非電學(xué)量的電測(cè)法。實(shí)驗(yàn)要求l在要求的溫度測(cè)量范圍 2070 的內(nèi)，作溫度計(jì)用的微安計(jì)的全部量程均能有效地利用， 即 20時(shí)，微安計(jì)指示為零； 70時(shí)，指示為滿刻度。長(zhǎng)時(shí)間（幾分鐘）的測(cè)量時(shí)，微安計(jì)的讀數(shù)應(yīng)穩(wěn)定不變。l實(shí)驗(yàn)原理半導(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(guò)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用合適電學(xué)元件和測(cè)溫電路。為測(cè)量熱敏電阻的阻值，

2、需了解熱敏電阻的伏安特性。由圖 3.5.3-1 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(shí)其阻值主要與外界溫度有關(guān)。半導(dǎo)體溫度計(jì)測(cè)溫電路的“非平衡電橋”電路原理圖如圖 3.5.3-2 所示，圖中G 是微安計(jì)，1Laughing ManJ05 級(jí)數(shù)學(xué)系PB05001067R 為熱敏電阻，當(dāng)電橋平衡時(shí)，表的讀數(shù)為零，此時(shí) R1 =，實(shí)驗(yàn)中取 R =R ，則 R = R 。平衡R3T12T3R2RT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(jì)中流過(guò)電流。固定電橋電壓，微安計(jì)內(nèi)阻 RG，電橋各臂電阻 R1、R2、R3 ，就可根據(jù)微安計(jì)的讀數(shù)

3、IG 的大小計(jì)算出 RT ，進(jìn)而間接測(cè)量溫度。熱敏電阻的阻值在測(cè)溫量程的下限 RT1 時(shí)，要求電橋處于平衡狀態(tài)，由電橋原理，微安計(jì)的讀數(shù) IG=0 ，此時(shí)滿足平衡條件。取 R1=R2，則 R3=RT1，即 R3 就是熱敏電阻在量程下限時(shí)的電阻值，由此也就決定了 R3 的電阻值。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(guò)電流。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。此時(shí)，流入微安計(jì)中的電流 IG 只與 VCD 和RT2 有關(guān)。若有 IT >> IG ，則近似地有= IT (R3 + R)VCD（1）所以根據(jù)熱敏電阻的最大工作電流（當(dāng)

4、R3=RT2 時(shí)），可利用上式確定電池個(gè)數(shù)。所選電池的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)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，通常需在干路中串聯(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(lái)選擇。由基爾霍夫方程組求出R2RT 2-R1 + R2R3 + RT 2I=V（2）GCDR RR R+1 2 +3 T 2 RGR + RR + R123T 2令 R1=R2、R3=RT1 得= 2VCD(1 -RT 2RT1 RT 2) - 2(R +R)（3）1GI2R+ RR+ RGT1T 2T1T 2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

5、對(duì)應(yīng)，也就是和 IT 相對(duì)應(yīng)的，分析式（1），IT 小一些會(huì)使 VCD 也小一些，相應(yīng)的 R1 和 R2 的實(shí)際值也可比計(jì)算值小一些。本實(shí)驗(yàn)中，可取 VCD=1V 計(jì)算 R1 。實(shí)驗(yàn)器材熱敏電阻、電阻器、電阻箱、微安計(jì)、多用、電池、多擋開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、電路板（待焊接）、烙鐵、恒溫水浴等。2Laughing ManJ05 級(jí)數(shù)學(xué)系PB05001067設(shè)計(jì)方案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

6、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=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 3.5.3-2）和底版配置圖（圖 3.5.3-4），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。5.標(biāo)定溫度計(jì)a)R1 和 R2 的調(diào)節(jié)和測(cè)量：開(kāi)關(guān)置于 1 擋，撥下 E 處接線，斷開(kāi)微安計(jì)，用多用表檢查 R1和 R2，使之阻

7、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)）。b)將電阻箱接入接線柱 A 和 B，用它代替熱敏電阻，開(kāi)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，使指示為零（注意，在以后調(diào)節(jié)過(guò)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。（為什么調(diào) R 可使3滿刻度？）Laughing ManJ05 級(jí)數(shù)學(xué)系PB05001067c)開(kāi)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。（其目的何在？）d)開(kāi)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，

8、每隔 2.5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3.5.3-5 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(guò)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（也可試測(cè)的體溫或室溫）。注意事項(xiàng)lll所要定標(biāo)的溫度點(diǎn)，應(yīng)從熱敏電阻的電阻-溫度曲線上校準(zhǔn)溫度時(shí)，必須找到設(shè)計(jì)時(shí)使用的熱敏電阻。實(shí)驗(yàn)完畢，焊下所有元件，儀器歸位。數(shù)據(jù)和處理給出的熱敏電阻的相關(guān)參數(shù)及在及某些溫度下的阻值如下表：4 號(hào) 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái)RG=41

9、63T / R / T / R / 15.0315850.0934IG=50A20.0259455.079225.0215660.0676UCD=1V30.0183865.058235.0152370.0502作R-T曲線計(jì)算R140.0129875.043945.01092Laughing ManJ05 級(jí)數(shù)學(xué)系PB05001067于是作R-T 曲線如下：可看出 RT1=2594 RT2=502 ,于是= 2VCDRT 2RT1 RT 2( 1 -R = R) - 2(R +) = 4347W12I2R+ RGR+ RGT1T 2T1T 2實(shí)驗(yàn)中取R1 = R2 = 4000W即可。實(shí)驗(yàn)中的

10、數(shù)據(jù)如下表所示：5Laughing ManJ05 級(jí)數(shù)學(xué)系PB05001067T / 20.025.030.035.040.045.050.055.060.065.070.0R / 259421561838152312981092934792676582502據(jù)此繪制表盤：校準(zhǔn)并總結(jié)T / 35.755.3校準(zhǔn)低溫高溫偏轉(zhuǎn)格數(shù)19.739.9T / 35.055.0實(shí)際低溫高溫偏轉(zhuǎn)格數(shù)20.040.2比較知：20.0 - 19.7 = 1.5%低溫時(shí)，相對(duì)誤差為20.04.02 - 39.9 = 0.75%高溫時(shí)，相對(duì)誤差為40.2均在可接受的范圍之內(nèi)，本次實(shí)驗(yàn)較為。(可以)要做 I-t 曲線思考題：6偏轉(zhuǎn)格數(shù)0.07.013.520.025.030.935.340.243.947.350.0Laughing ManJ05 級(jí)數(shù)學(xué)系PB05001067l為什么在測(cè) R1 和 R2 時(shí)，需將開(kāi)關(guān)置于 1 檔，拔下