實驗12 溫度傳感器特性和半導體制冷溫控實驗

1、實驗12溫度傳感器特性和半導體制冷溫控實驗【實驗目的】1、了解半導體制冷和制熱原理。2、測量NTC熱敏電阻、PTC熱敏電阻及集成溫度傳感器的溫度特性【實驗原理】1、半導體制冷和制熱原理如圖1所示，由X和Y兩種不同的金屬導線所組成的封閉線路，通上電 源之后，冷端的熱量移到熱端，導致冷端溫度降低，熱端溫度升高，這就是 帕爾貼效應。實際的半導體制冷片結(jié)構(gòu)如圖2所示，由許多N型P型辦斗提 之顆?；ハ嗯帕卸?，而NP之間以一般的導體相連接而成一完整線路，通常 是銅、鋁或其他導體，最后由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來，陶瓷片必 須絕緣且導熱良好。股箱哩甲甜-，2、溫度控制原理實驗樣品結(jié)構(gòu)如下圖所述，將半導

2、體制冷片一面與鋁制散熱器津貼，并 用風扇強行散熱，使其與環(huán)境溫度接近。另一面與實驗樣品室緊貼，試驗樣 品室采用優(yōu)質(zhì)導熱材料，并裝上溫度傳感器，溫度傳感器測量實驗樣品室的 溫度，由該溫度與儀器設定的溫度相比較，通過微型處理器確定半導體制冷 片工作方式，即制冷或制熱，由溫度差確定制冷或制熱的策略，即在不同的 溫度差之下，輸出不同的制冷或制熱功率，并以適當?shù)乃俣雀淖儨囟鹊淖兓?從而實現(xiàn)實驗樣品室的溫度控制，保持溫度的穩(wěn)定。微型處理器工作框圖如 圖3.半導體倒冷片溫度溥感器 實瓶度 LM35扯理器MPU電壓輸出）實耦濕度 數(shù)碼顯示實膠 樣品備設定溫度3、NTC電阻器的溫度系數(shù)（負溫度系數(shù)）一一溫度特

3、性NTC熱敏電阻通常具有很大的負溫度系數(shù)，在一定的溫度范圍內(nèi)，NTC 熱敏電阻的阻值與溫度的關系滿足下列經(jīng)驗公式：r=Re（ 1 - T）（1）式中，R為該熱敏電阻在熱力學溫度T時的電阻值，R0為熱敏電阻處于熱力學溫度T時的阻值，B是材料的常數(shù)，它不僅與材料性質(zhì)有關，而且與溫度 0有關，在一個不太大的溫度范圍內(nèi)，B是常數(shù)。由（1）式得該熱敏電阻在T時的電阻溫度系數(shù)a（2）B a =T 2進一步得到11、InR = B （ ） + InR TT 00在一定溫度范圍內(nèi)，可以用作圖法或最小二乘法求得B的值，并進一步求得 a的值。4、熱敏電阻器PTC的溫度系數(shù)（正溫度系數(shù)）一一溫度特性PTC電阻的溫度

4、大于突變點的溫度時的阻值隨溫度變化符合以下經(jīng)驗公式：R = R eA（TT0（3）0其中，R為該熱敏電阻在熱力學溫度T時的電阻值，R0為熱敏電阻處于熱力學溫 度T時的阻值，A的值在某一溫度范圍內(nèi)近似為常數(shù)。0對陶瓷PTC熱敏電阻，在小于突變點溫度時，電阻與溫度的關系則滿足（1） 式，在大于突變點溫度時，滿足（3）式，為正溫度系數(shù)熱敏電阻，此突變溫度 通常稱為居里點。5、集成溫度傳感器的特性溫度特性AD590集成電路溫度傳感器是由多個參數(shù)相同的三極管和電阻組成。該器件 的兩引出端當加有一定直流工作電壓時，它的輸出電流與溫度通常滿足以下關系 式：I = B0 + A（4）式中，I為輸出電流，單位的

5、，9為攝氏溫度，B為斜率（一般AD590的B=1A/oC）， A為攝氏零度的電流值，該值恰好與冰點的熱力學溫度273K相對應?！緦嶒瀮x器】萬用表一只、WT-1A溫度傳感器特性和半導體制冷溫控實驗裝置一臺、STC半導 體制冷溫度控制儀一臺、導線若干?！緦嶒灢襟E】1、測量NTC熱敏電阻器的電阻與溫度關系特性，計算熱敏電阻材料常數(shù)B1）當儀器測量保溫箱中的溫度保持不變時，改變儀器溫控設定的溫度，每 當溫度到達穩(wěn)定時，測量一組T和R，要求溫度從0到60攝氏度范圍內(nèi) 測出8-10組數(shù)據(jù)。2）最小二乘法求出材料常數(shù)B。3）用公式（2）計算電阻在T=20OC時的a。2、測量NTC熱敏電阻器的電阻與溫度關系特

6、性，計算熱敏電阻材料常數(shù)A1）當儀器測量保溫箱中的溫度保持不變時，改變儀器溫控設定的溫度，每當 溫度到達穩(wěn)定時，測量一組T和R，要求溫度從0到60攝氏度范圍內(nèi)測出8-10 組數(shù)據(jù)。2）最小二乘法求出材料常數(shù)A。3）用公式（2）計算電阻在T=20C時的a。3、測量AD590集成電路溫度傳感器的電流與溫度T的關系1）正確接線，測量AD590集成電路溫度傳感器的電流I和溫度T的關系，取 樣電阻R阻值為1000歐姆。2）當儀器測量保溫箱中的溫度保持不變時，改變儀器溫控設定的溫度，每當 溫度到達穩(wěn)定時，測量一組T和R，要求溫度從0到60攝氏度范圍內(nèi)測出8-10 組數(shù)據(jù)。3）把實驗數(shù)據(jù)用最小二乘法進行直線

7、擬合，求斜率B和截距A相關系數(shù)r。 【實驗數(shù)據(jù)處理】1、實驗數(shù)據(jù)記錄見表1T/CT/K11 、(T T293K/(1/ K)(T T)/ KRnc / QRp* / Q九590/ 7表1I/ A20.0293.00.00.0970.0370.80.5876587.624.9297.9-5.6 X10-54.91059377.40.5932693.229.8302.8-1.1x10 - 49.81078390.80.6016601.634.7307.7-1.6 x10-414.71126422.00.6100610.039.5312.5-2.1 x10-419.5926.0465.00.6186

8、618.644.4317.4-2.6 x10-424.41007487.60.6272627.249.3322.3-3.1 x10-429.31290511.00.6360636.054.2327.5-3.6 x10-434.21066568.00.6446644.62、作圖:1）NTC電阻器LnR-A1/T關系圖見圖4.圖4 NTC電阻器LnR-1/T關系圖2) PTC電阻器LnR-AT關系圖見圖5圖5 PTC電阻器LnR-T關系圖6.4 * 6.3y = 0.0227x + 5.8631- TOC o 1-5 h z UR2 = 0.9422=-J 6.2.6.1 6 5.95.8 111110510152025T/K3)AD590輸出電流I-溫度T關系圖見圖6圖6 AD590輸出電流I-溫度T關系圖T/C3、相關物理量的計算NTC電阻器：由圖4可知，材料常數(shù)B=-152020吒時的電阻溫度系數(shù)a=0.0177PTC電阻器：由圖5可知，材料常數(shù)A=0.022720吒時的電