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半导体温度计的设计实验报告

开放性实验实验报告

半导体温度计的设计

学院：浙江农林大学天目学院

系部：生物环境系

班级：中药102班

姓名：

学号：

指导教师：邹红玉

摘要：本文讨论了通过测量半导体热敏电阻的实验，测得实验数据用Origin 软件分析相关数据画出I-T 图像，了解热敏电阻的电阻——温度特性及测温原理，学习惠斯通电桥的原理及利用方式，学习坐标变换、曲线改直的技术的问题，同时完成半导体温度计的设计。

关键词：origin 软件热敏电阻惠斯通电桥温度电流

前言热敏电阻是由对温度超级灵敏的半导体陶瓷质工作体组成的元件。与一样经常使用的金属电阻相较，它有大得多的电阻温度系数值。热敏电阻作为温度传感器具有效料省、本钱低、体积小等的优势，它能够简便灵敏地测量微小温度的转变，在很多科学研究领域都有普遍的应用。本实验的目的是：了解热敏电阻的电阻----温度特性及测温原理，学习惠斯通电桥的原理及利用方式，学习坐标变换、曲线改直的技术。一实验仪器：

自动打饭机

二实验原理

热敏电阻的电阻值与温度的关系为

胶囊模具T

R =

其中，A 、B 是与半导体材料有关的常数；T 为绝对温度。依照概念，电阻温度系数为

dT dR R t 1=

dna双螺旋结构模型

砭石能量房其中，

t R 是在温度为t 时的电阻值。

半导体材料做成的热敏电阻的大体特性是它的温度特性, 这种特性与半导体材料的导电机制紧密相关。温度越高, 载流子的数量越多, 导电能力越强, 电阻率也就越小。由于半导体中载流子数量随温度升高而按指数规律迅速增加, 因此随着温度的升高, 热敏电阻的阻值将按指数规律迅速减小。

半导体温度计是利用半导体的电阻值随温度急剧转变的特性而制作的，以半导体热敏电阻为传感器，通过测量其电阻值来确信温度的仪器。这种测量方式称为非电量的电测法，为了实现这种方式，采纳电学仪器来测量热敏电阻的阻值，还需要了解热敏电阻的伏安特性。

半导体温度计测温电路的原理图如右：

图中G 是微安表， R T 为热敏电阻，当电桥平稳时，表的指示必为零，现在应知足条件：r

321R R R R

假设取R 1 = R 2，那么R 3的数值即为R T 的数值。平稳后的电桥假设其中某一臂的电阻又发生改变，那么平稳将受到破坏，微安表中将有电流流过，假设电桥电压，微安表内阻R g ，电桥各臂电阻R 1，R 2，R 3已定，就能够够依照微安表的读数I g 的大小计算R T 的大小来。也确实是说，微安表中的电流大小直接反映了热敏电阻的阻值的大小程度，因此能够利用这种“非平稳电桥”的电路原理来实现对温度的测量。

三实验内容

NTC 是Negative Temperature Coefficient 的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数专门大的半导体材料或元器件，所谓NTC 热敏电阻器确实是负温度系数热敏电阻器。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为要紧材料，采纳陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数量少，因此其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数量增加，因此电阻值降低。NTC 热敏电阻器在室温下的转变范围在10O~1000000欧姆，温度系数-2%~%。NTC 热敏电阻器可普遍应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流、测温、控温、温度补偿等方面。

1．在实验进程中操纵三个电阻箱的阻值恒定（R 1=2000Ω R 2=100Ω R 3=95Ω），将热敏电阻侵入预备好的烧杯中的水里，调剂烧杯中水的温度（向烧杯中添加热水）以改变热敏电阻的阻值，测量温度上升进程中，各对应温度点的电流值。

2．记录各温度下的电流值，然后绘制I-T 特性曲线。

四数据处置：

在实验进程中记录的不同温度下相对应的电流值

温度（℃）电流（mA ）

温度 (℃) 电流（mA ）

用Origin软件绘制的I—T曲线

加雷沙星>>y=[,,,,,,,,,,,,,,,,,,];

x=[,,,,,,,,,,,,,,,,,,];

>> plot(x,y)

五设计要求

（1）在所测量的温度范围内，要求作为温度计用的微安计的全数量程均能有效地利用，即当温度为20℃时，微安计指示为零；而温度为70℃时，微安计指示为满刻度。

（2）要求长时刻的测量（如几分钟）时，微安计的读数应稳固不变。

可提供的仪器和元件：热敏电阻、待焊接的电路板、微安计、电阻器、烙铁、电阻箱、电池、多挡开关、导线、多用表、恒温水浴等。

注意事项

（1）所要定标的温度点，应从热敏电阻的电阻-温度曲线上读取。

（2）校准温度时，必需到设计时利用的那个热敏电阻，实际完毕后，请焊下所有元件，仪器归位。六设计方案

（1）在座标纸上绘出热敏电阻的电阻-温度曲线，确信所设计的半导体温度计的下限温度（20℃）所对应的电阻值R T1和上限温度（70℃）所对应的电阻值R T2。再由热敏电阻的伏安特性曲线确信最大工作电流I T。依如实验中采纳的热敏电阻的实际情形，选取V CD=1V，它能够保证热敏电阻工作在它的伏安特性曲线的直线部份。

（2）令R3=R T1，即测量温度的下限电阻值，由式（3）计算出桥臂电阻R1和R2的电阻值。式中R T2为量程上限温度的电阻值；R G为微安表的内阻。

（3）熟悉线路原理图（图-2）和底版配置图（图），对如实验所用元件、位置及线路的连接方向。（4）注意正确利用电烙铁，学会焊接，避免重焊、虚焊、漏焊、断路。焊接时K1放在1挡，电流计

“+”端与E处要最后连接，以避免损坏电表。

（5）标定温度计

1）R1和R2的调剂和测量：开关置于1挡，拨下E处接线，断开微安计，用多用表检查R1和R2，使之阻值达到式（3）的计算值（能够取比计算值略小的整数）。

2）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℃）所对应的R T1，调剂电位器R3，使电表指示为零（注意，在以后调剂进

程中，R3维持不变）。然后，使电阻箱的阻值为上限温度（70℃）所对应的R T2，调剂电位

器R，使微安计满量程。（什么缘故调R可使电表满刻度？）

3）开关置于2挡，调剂电位器，R4，使微安计满量程，这时，R4=，R T2。

4）开关置于3挡，从热敏电阻的电阻-温度特性曲线上读出温度20℃～70℃，每隔℃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I。将图-5的表盘刻

骑马机度改成温度的刻度。另外，作出对应的I-T曲线并与表盘刻度比较。

（6）用实际热敏电阻代替电阻箱，整个部份确实是通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℃、55℃）。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）。