半导体温度计的设计与制作3

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1、©半导体温度计的设计与制作4+实验目的•采用合适的半导体热敏电阻传感器和非平衡电桥线路设计制作一台半导体温度计;•了解传感器的应用和非电学量的电测法。实验要求•在要求的温度测量范围20〜70°C的内，作温度计用的微安计的全部量程均能冇效地利用,即20°C时，微安计指示为零；70°C时，指示为满刻度。•长吋间（几分钟）的测量时，微安计的读数应稳定不变。实验原理半导体温度让是利用热敏屯阻的阻值随温度变化急剧的特性制作的，通过测量热敏电阻的阻值来确定温度的仪器。应根据待测温度区间和热敏电阻的阻值选用合适电学元件和测温电路。为测量热敏电阻的阻值，需了解热敏电阻的伏安特性。由图3.

2、5.3-1可知，在VJ曲线的起始部分，因电流很太小，温度变化微小，曲线接近线性。此时其阻值主要与外界温度冇关。fflJ.S.3-1鷄敏电覲伏査待性曲线083.3.3-2热敏咆阻需沮电踣半导体温度计测温电路的“非平衡电桥”电路原理图如图3.5.3-2所示，图屮©是微安计,Rt为热敏电阻,当电桥平衡时，表的读数为零,此时色』,实验中取R产R2,则Rt=Rb。平衡R2RT后，若电桥某一臂的电阻发生改变（如R）则平衡将受破坏，微安计中流过电流。固定电桥电压,微安计内阻电桥各臂电阻R「、R2、乩，就可根据微安计的读数B的大小计算出Rt，进而间接测量温度。热敏电阻的阻值在测温量程的下

3、限也时，耍求电桥处于平衡状态，由电桥原理，微安计的读数I尸0,此时满足平衡条件。取R产R2,则R3=Rtu即R3就是热敏电阻在量程下限时的电阻值,由此也就决定了&的电阻值。温度增加吋，热敏电阻阻值减小，平衡受破坏，微安计屮流过电流。当热敏电阻处在测温量程的上限温度电阻值氐时，要求微安计的读数为满刻度。此时，流入微安计中的电流Ig只与Vcd和Rt2有关。若有lT»IG，则近似地有(1)vCo=1丁(R3+尺)所以根据热敬电阻的最大工作电流（当R尸Rt2时），可利用一上式确定电池个数。所选电池的电动势应高于加在电桥两端的电压VC[>,为了提供电桥两端所需的电压，通常需在干路中

4、串联一个可变电阻器R,它的电阻值应根据电桥电路屮的总电流来选择。由基尔霍夫方程组求出R、+/?2龟+Rt2(2)R2R*込+竺£R、+/?2Rq+Rt2令R讦R2、R3=Rti得R'=¥—说+总侖)(3)由式（3）就可以确定和R2。这样确定的R

5、和R2是与选择的Vcd相对应，也就是和It相对应的，分析式（1）,It小一些会使Vcd也小一些，相应的E和R?的实际值也可比计算值小一些。本实验屮，可取Vcd二IV计算R】。实验器材热敏电阻、电阻器、电阻箱、微安计、多用电表、电池、多扌当开关、导线、电路板（待焊接）、烙铁、恒温水浴等。设计方案1.在坐标纸上绘出热敏电阻的电阻-温度

6、曲线，确定所设计的半导体温度计的下限温度（20°C）所对应的电阻值也和上限温度（70°C）所对应的电阻值髄。再由热敛电阻的伏安特性曲线确定最人工作电流It。根据实验中采用的热敏屯阻的实际情况，选取二IV,以保证热敏电阻在它的伏安特性曲线的直线部分工作。2.令RfRw即测量温度的下限电阻值，由式（3）计算出桥臂电阻R和R2的电阻值。式中氐为量程上限温度的电阻值；&为微安表的内阻。3.熟悉线路原理图（图3.5.3-2）和底版配置图（图3.5.3-4）,对照实验所用元件、位置及线路的连接方向。4.注意正确使用电烙铁，学会焊接，防止重焊、虚焊、漏焊、断路。焊接吋Ki放在1挡，电流

7、计“+”端与E处要最后连接，以免损坏电表。图3.5.3-3半导体温度计參考电路1.标定温度计a)R】和&的调节和测量：开关置于1扌肖,拨下E处接线，断开微安计，用多用表检查&和使Z阻值达到式（3）的计算值（可以取比计算值略小的整数）。b）将电阻箱接入接线柱A和B,用它代替热敏电阻，开关置于3位置，令电阻箱的阻值为测量下限温度（20°C）所对应的R”调节电位器陽使电表指示为零（注意，在以后调节过程中，&保持不变）。然后，使电阻箱的阻值为上限温度（70°C）所对应的懸，调节电位器R,使微安计满量程。（为什么调R可使电表满刻度？）C）开关置于2挡，调节电位器，R”使微安计满量程

8、，这吋，R讦，RT2o（其目的何在？）d）开关置于3扌当，从热敏电阻的电阻-温度特性曲线上读出温度20°C〜70°C,每隔2.5°C读一个电阻值。电阻箱逐次选择前面所取的电阻值，读出微安计的电流读数Io将图3.5.3-5的表盘刻度改成温度的刻度。另外，作出对应的I-T曲线并与表盘刻度比较。1.用实际热敏电阻代替电阻箱，整个部分就是经过定标的半导体温度计。用此温度计测量两个恒温状态的温度（如35°C、55°C）O读出半导体温度计和恒温水浴自身的温度，比较其结果（也可试测自己的体温或室温）。注意事项•所要定标的温度点，应从热敏电阻