半導體溫度計的設計與制作

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上實驗題目：半導體溫度計的設計與制作 實驗目的：測試溫度在2070 的范圍內，選用合適的熱敏電阻和非平衡電橋線路（或選用你認為更好的測溫電路）來設計一半導體溫度計。實驗原理：（1）半導體溫度計就是利用半導體的電阻值隨溫度急劇變化的特性而制作的，以半導體熱敏電阻為傳感器，通過測量其電阻值來確定溫度的儀器。這種測量方法為非電量的電測法。（2）由于金屬氧化物半導體的電阻值對溫度的反應很靈敏（參見實驗3.5.2），因此可以作為溫傳感器。為實現(xiàn)非電量的電測法，采用電學儀器來測量熱敏電阻的阻值，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，熱

2、敏電阻的阻值主要與外界溫度有關，電流的影響可以忽略不計。（3）半導體溫度計測溫電路的原理圖如圖2所示，當電橋平衡時， 表的指示必為零，此時應滿足條件，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，微安計中將有電流流過，微安計中的電流的大小直接反映了熱敏電阻的阻值的大小。（4）當熱敏電阻的阻值在測溫量程的下限RT1時，要求微安計的 讀數(shù)為零（即IG=0），此時電橋處于平衡狀態(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溫量程的下限溫度時的電阻值，由此也就決定了R3的電阻值。（5）當溫度增加時，熱敏電阻的電

3、阻值就會減小，電橋出現(xiàn)不平衡，在微安計中就有電流流過。當熱敏電阻處在測溫量程的上限溫度電阻值RT2時，要求微安計的讀數(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勢要低些，為了保證電橋兩端所需的電壓，通常在電源電路中串聯(lián)一個可變電阻器R，它的電阻值應根據(jù)電橋電路中的總電流來選擇。實驗內容：（1） 在坐標紙上繪出熱敏電阻的電阻-溫度曲線，確定所設計的半導體溫度計的下限溫度（20）所對應的電阻值RT1和上限溫度（70）所對應的電阻值

4、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)實驗中采用的熱敏電阻的實際情況，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，即測量溫度的下限電阻值，由式（3）計算出橋臂電阻R1和R2的電阻值。式中RT2為量程上限溫度的電阻值；RG為微安表的內阻。（3） 熟悉線路原理圖（圖2）和底版配置圖（圖3），對照實驗所用元件、位置及線路的連接方向。（4） 注意正確使用電烙鐵，學會焊接，防止重焊、虛焊、漏焊、斷路。焊接時K1放在1擋，電流計“+”端與E處要最后連接，以免損壞電表。（5） 標定溫度計1） R1和R2的調節(jié)和測量：開關置于1擋，撥下E

5、處接線，斷 開微安計，用多用表檢查R1和R2，使之阻值達到式（3）的計算值（可以取比計算值略小的整數(shù)？）。2） 將電阻箱接入接線柱A和B，用它代替熱敏電阻，開關置 于3位置，令電阻箱的阻值為測量下限溫度（20）所對應的RT1，調節(jié)電位器R3，使電表指示為零（注意，在以后調節(jié)過程中，R3保持不變）。然后，使電阻箱的阻值為上限溫度（70）所對應的RT2，調節(jié)電位器R，使微安計滿量程。3） 開關置于2擋，調節(jié)電位器，R4，使微安計滿量程，這時， R4=RT2。（其目的？）4） 開關置于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讀一個電阻值。電阻箱逐次選擇前面所取的電阻值，讀出微

6、安計的電流讀數(shù)I。將圖4的表盤刻度改成溫度的刻度。另外，作出對應的I-T曲線并與表盤刻度比較。（6）用實際熱敏電阻代替電阻箱，整個部分就是經(jīng)過定標的半導體溫度計。用此溫度計測量兩個恒溫狀態(tài)的溫度（如35、55）。讀出半導體溫度計和恒溫水浴自身的溫度，比較其結果。實驗器材：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、導線、萬用表、恒溫水浴實驗桌號：9號實驗數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理：表1 九號臺的R-T關系 圖5 R-T曲線表2 T-R-I三者之間的關系實際測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20.2A數(shù)據(jù)處理：將T-

7、I的關系作成曲線如下 圖6 TI曲線根據(jù)上圖可以讀出，在35.3時，對應的電流大約是18.2A；在54.9時，對應的電流大約是36.4A，這兩個數(shù)據(jù)和實際測量所得到的值吻合得比較好，可以認為實驗中的溫度標定是成功的。所測定的室溫是31.2，手掌溫度為37.5。 給出設計制作溫度計的相對誤差？根據(jù)實際情況，所測的手掌溫度偏高，原因可能是標定微安表時，因為是估讀，37.5所對應的讀數(shù)偏低，而測手掌溫度時讀數(shù)偏大，導致了一定的偏差。還有可能和實驗當天本人的手掌比較燙有關。實驗中誤差的來源主要是電橋中對R1和R2電阻標定，和對微安表的讀數(shù)，而且實驗所給的R，T關系中存在一定誤差。用萬用表測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熱敏電阻實際的溫度-電阻關系的測定。思考題