半导体温度计的设计和制作实验
实验仿真实验-温度计的设计
实验仿真实验－温度计的设计Array专业___________________学号___________________姓名___________________一、预习要点1.了解半导体温度计的基本原理，并设计制作半导体温度计；2.了解非平衡电桥的工作原理及其在非电量电测法中的应用；3.在课前写好预习报告，上课时务必将预习报告和原始数据表格一并带来，否则扣分。
二、实验内容1.设计制作测量温度范围为20℃～70℃的半导体温度计。
2.对半导体温度计进行定标对半导体温度计进行定标，首先从热敏电阻的电阻－温度特性曲线上读出温度。
从20℃到70℃，每隔5℃读一个电阻值，用标准电阻箱R4逐次选择前面所取的电阻值，读出微安表的电流读数I，并记录数据。
的曲线与表盘刻度比较。
根据数据，将表盘读数改为温度的刻度，并做出I T再将实际热敏电阻代替标准电阻箱，此即经过定标的半导体温度计。
三、实验指导1.点击仿真实验页面上的“温度计设计”实验。
2.在打开的程序界面中，右键点击，并选择“仪器背面”，在里面进行相应的电路连线。
（注：线路连接图在“仪器背面”的左上角，点击“显示电路图”即可）。
3.按线路图连接好相应的电路，如果连线正确，则双击电池电源的位置将会出现一个电池，如果无法出现电池则说明线路连接有误，则应检查连线，直至正确为止。
4.线路连接好后，首先调节线路中R1和R2的值，方法为：在程序的空白处右键点击，在弹出的界面中选择“万用表”，打开其电源，并在“万用表”上选择“将万用表连接到R1”，调节R1及其微调旋钮，使万用表显示值为“4853”，接着在“万用表”上选择“将万用表连接到R2”，调节R2及其微调旋钮，使万用表也显示为“4853”，至此，R1和R2阻值调节完毕，然后在“仪器背面”找到红色的“表头插线”，双击左键将其接上。
5.接下来调节电路中R3的阻值，方法为：先在程序的空白处右键点击，在弹出的界面中选择“电阻箱”，并将电阻箱阻值调至2597Ω。
实验3半导体温度计的设计
实验7.3 半导体温度计的设计温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关，温度与科研，生产，人们的生活，植物生长有密切的关系，因此对温度的研究就显得尤为重要。
半导体温度计是以半导体热敏电阻为传感器，通过测量其电阻值来确定温度的仪器。
这种测量方法为非电量的电测法，它可以将各种非电量，如长度、位移、应力、应变、温度、光强等转变成电学量，如电阻、电压、电流、电感和电容等，然后用电学仪器来进行测量。
直流电桥是一种精密的电学测量仪器，可分为平衡电桥和非平衡电桥两类。
平衡电桥是通过调节电桥平衡，将待测电阻与标准电阻进行比较得到待测电阻的大小，如惠斯登电桥、开尔文电桥等都是平衡式直流电桥。
由于需要调节平衡，因此平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量。
随着测量技术的发展，电桥的应用不再局限于平衡电桥的范围，非平衡电桥在非电量的测量中已得到广泛应用。
实际工程和科学实验中，待测量往往是连续变化的，只要能把待测量同电阻值的变化联系起来，便可采用非平衡电桥来测量。
将各种电阻型传感器接入电桥回路，桥路的非平衡电压就能反映出桥臂电阻的微小变化，因此，通过测量非平衡电桥的输出电压就可以检测出待测量的变化，如温度、压力、湿度等。
本实验要求测试温度在20~70℃的范围内，选用合适的热敏电阻和非平衡电桥线路来设计一个导体温度计。
这是一个比较典型的非平衡电桥应用实例，也是市场上各类半导体温度计的雏形，具有一定实用价值。
【实验目的】1.了解非平衡电桥的工作原理及其在非电量电测法中的应用。
2.理解以热敏电阻为检测元件的温度传感器的电路结构及电路参数的选择原则。
3.根据热敏电阻的伏安特性和电阻-温度特性，依据设计要求，掌握半导体温度计的设计方案以及温度计的定标。
【实验仪器】计算机仿真软件【实验原理】1.热敏电阻热敏电阻是一种阻值随温度改变发生显著变化的敏感元件。
与一般常用的金属电阻相比，它有大得多的电阻温度系数值。
利用半导体材料测量温度的物理实验步骤
利用半导体材料测量温度的物理实验步骤半导体材料是一种在温度变化下电阻变化显著的材料，因此被广泛应用于温度测量领域。
本文将介绍利用半导体材料测量温度的物理实验步骤。
步骤一：材料准备首先，我们需要准备以下材料和装置：1. 半导体材料：例如硅(Si)或锗(Ge)等。
2. 恒温槽：用于控制实验环境的温度。
3. 电源：用于为电路提供稳定的电压。
4. 电流表：用于测量电路中通过的电流。
5. 电压表：用于测量电路中的电压。
6. 温度计：用于校准实验环境的温度。
步骤二：搭建实验电路1. 将半导体材料通过导线连接到电路中，并将其与电源和电流表相连。
确保连接稳定可靠。
2. 将电压表与半导体材料的两端相连，以测量电路中的电压。
步骤三：校准温度与电阻的关系为了准确测量温度，我们需要先校准温度与电阻的关系。
进行如下操作：1. 将半导体材料浸入恒温槽中，并将温度保持在预设温度。
（如20°C）2. 记录此时电路中的电流和电压，并计算出电阻值。
3. 将温度逐步提高，重复上述步骤，并记录相应温度和电阻值。
步骤四：测量待测温度在完成温度与电阻的校准后，我们可以利用之前得到的关系式来测量待测温度。
按以下步骤操作：1. 将待测温度的半导体材料放入恒温槽中，等待温度稳定。
2. 通过实验电路传递一定的电流，并测量电路中的电压。
3. 利用之前校准得到的关系式，计算得到待测温度对应的电阻值。
步骤五：结果分析与讨论根据测量得到的电阻值，我们可以反推出待测温度。
同时，还可以在实验过程中对材料的温度特性进行进一步分析与讨论：1. 绘制温度与电阻的关系曲线，以展现材料的温度敏感性。
2. 分析材料的温度响应速度和灵敏度，以评估其适用范围。
3. 探索半导体材料温度变化的原理和机制，深入理解实验现象。
总结：本文介绍了利用半导体材料测量温度的物理实验步骤。
通过搭建实验电路、校准温度与电阻的关系以及测量待测温度，我们可以准确地获取实验结果。
在结果分析与讨论中，我们可以进一步了解半导体材料的温度特性，并拓展应用领域。
13半导体温度计的设计与制作
实验报告：半导体温度计的设计与制作张贺PB07210001一、实验题目：半导体温度计的设计与制作二、实验目的：要求测试温度在20-70 C的范围内，选用合适的热敏电阻和非平衡电桥线路来设计一台半导体温度计。
要求作为温度计用的微安表的全部量程均能有效的利用，即当温度为20 r时，微安表指示为零；而温度为70 r时，微安表指示为满刻度。
要求长时间的测量时，微安表的读数应稳定不变。
三、实验原理:1.半导体温度计就是利用半导体的电阻值随温度变化而发生急剧变化的特性而制作的，以半导体热敏电阻为传感器，通过测量其电阻值来确定温度的仪器。
这种测量方法称为非电量的电测法，它可以将各种非电量转变成电学量，然后用电学仪器来进行测量。
2.半导体温度计测温电路原理：I G 0 时，电电(1)R2 R T当电桥某一臂改变时平衡将受到破坏，G中有读数，可据此求出R T,即G的读数大小直接反映热敏电阻阻值，从而反映温度。
取 R i R2。
I G 0时，要求R T处于下限，即R a R TI O由于 I T I G，V CD 1丁R3 R T。
由于R i R 2, R 3 ，整理后有,R TI 为工作时测量温度量程的下限； R T 2为上限，此时I T 达到最大。
四、实验仪器:热敏电阻、待焊接的电路板、微安表、电阻器、电烙铁、电阻箱、电池、多 挡开关、导线、多用表、恒温水浴等。
五、实验步骤与数据处理：1. 在实验前，在坐标纸上绘出热敏电阻的电阻一温度曲线T( C) 15.0 20.0 25.030.035.0 40.0 45.0 R() 3175 2597 212811077T( C) 50.055.060.065.0 70.0 75.0R()9488426R1R2R3RT 2R GR I R 2 R i R 2R 3 R T 2 R 3 R T 2VCD(2)2V CD 1可2RT2RT1 RT 22 R GRT1 RT2RT1 RT2(3)R()T( C)选取V CD1V, 已知R G3999 ，I G 50 A。
电学的设计性实验 ——的设计制做半导体热敏电阻温度计-PPT精选文档
参数的选择和计算
• 1，R1,R2 最好相等［电桥简单］ • ２，电桥的四个电阻阻值要基本接近； • ［R25=5000欧姆，R75=850欧姆］,｛R1,2000 或3000欧姆｝ • ３，Rs, E,的确定！
R R R R R R R R R R R R 1 2 S 1 2 T 1 S T 2 S T
• 在测量的低温端【室温】Ig=0uA,利用室 温RT=R0, 确定Rs;
• 在温度表的高温端【75度】，Ig=200uA ［满偏］,和R75的阻值,利用上面公式计算 出电源电压 E。
实验过程
按图连接电路，按照实验预估值调节仪器， 在室温下调好Rs；75度下调好E. 在RS、E 均保持恒定不变条件下，测绘 Ig ～ T 曲线，亦即为热敏电阻温度表定标； 利用自制的半导体热敏电阻温度计测量自己 手的温度； ◎电源电压E的调节最难，最关键！！！
电学设计性实验
——设计制做半导体热敏电阻温度计
——设计制做半导体热敏电阻温度计
• 一、实验目的 • 1，设计测温度范围“室温-75度”的温度 计。 • 2，了解热敏电阻的特性，掌握用热敏 电阻测量温度的基本原理和方法。 • 3，熟悉非平衡电桥的输出特性。
• 热敏电阻是材料的电阻值随温度的变化而 变化的电阻。 • 根据温度系数可以分为： • 正温度系数热敏电阻【PTC】：dR/dT>0 • 负温度系数热敏电阻【NTC】： dR/dT<0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ验报告的要求
• 1，实验的目的和意义 • 2，实验涉及的基本原理 • 3，实验的设计思路、设计过程，实验电路 中涉及到的电阻、电压、电流等数值的提 前预定。 • 4，测量数据、绘制热敏电阻的定标曲线。 • 5，实验中遇到的问题及解决的办法。 • 6，实验的收获和体会。
半导体温度计的设计实验步骤
半导体温度计的设计实验步骤引言：半导体温度计是一种通过半导体材料的电阻随温度变化而变化来测量温度的仪器。
它具有响应速度快、精确度高、体积小等优点，广泛应用于工业控制、医疗设备、消费电子等领域。
本文将介绍半导体温度计的设计实验步骤。
一、准备实验材料和仪器1. 半导体材料：选择一种适合的半导体材料作为温度敏感元件，常见的有硅、锗等。
2. 电阻计：用于测量半导体材料的电阻值。
3. 温度控制器：用于控制实验室的温度，保证实验环境的稳定性。
4. 多用电表：用于测量电阻计和温度控制器的输出电压。
二、搭建实验电路1. 将半导体材料连接到电路中，一般采用电桥电路或电压分压电路。
2. 使用导线将电阻计和温度控制器与电路连接，确保电路的通电和测量正常。
三、调试实验电路1. 将温度控制器设定为一个固定的温度值，例如25摄氏度。
2. 使用多用电表分别测量半导体材料的电阻值、电阻计的输出电压和温度控制器的输出电压，并记录下来。
3. 将温度控制器的设定温度逐步增加，如30摄氏度、35摄氏度等，重复步骤2。
四、绘制温度与电阻的关系曲线1. 将实验数据整理成表格或图表，其中横轴表示温度，纵轴表示电阻值。
2. 使用拟合曲线的方法，将实验数据拟合成一条曲线。
常用的拟合方法有线性拟合、多项式拟合等。
五、验证实验结果1. 将温度控制器设定为一个新的温度值，如40摄氏度。
2. 使用实验得到的拟合曲线，计算出对应的电阻值。
3. 使用电阻计测量半导体材料的实际电阻值，并与计算结果进行比较。
六、分析实验结果1. 比较实际测量值和计算值的差异，并分析可能的原因。
2. 讨论实验结果的可靠性和精确度，提出改进的建议。
七、总结半导体温度计的设计实验步骤主要包括准备实验材料和仪器、搭建实验电路、调试实验电路、绘制温度与电阻的关系曲线、验证实验结果和分析实验结果。
通过实验得到的温度与电阻的关系曲线可以用于后续的温度测量和控制工作。
半导体温度计作为一种常用的温度测量仪器，在工业和科研领域具有广泛的应用前景。
大学物理 实验6-8半导体温度计设计
实验6-8 半导体温度计的设计一、 实验目的(1)、了解半导体温度计的基本原理并设计半导体温度计。
(2)、了解非平衡电桥的工作原理及其在非电量电测量中的应用。
二、实验原理半导体温度计是利用半导体的电阻随温度的变化而发生急剧变化的特性而制作的。
因而测量半导体温度计的阻值就可以确定其温度，这种测量方法通常叫做非电量电测法。
半导体热敏电阻的阻值与温度的关系为exp(/)Rt A B T ，其中，A 、B 为与半导体热敏电阻有关的常数，T 为绝对温度。
半导体热敏电阻的电阻温度特性曲线为图6-25所示。
图6-25 半导体热敏电阻的电阻－温度曲线 图6-26 半导体热敏电阻的伏安特性曲线 由于采用非电量的电测法测量半导体材料的阻值，因此还需要了解半导体热敏电阻的伏安特性，其伏安特性曲线如图6-26所示。
其中在刚开始的一段特性曲线a 是线性的。
这是因为电流小时，在半导体材料上消耗的功率不足以显著的改变热敏电阻的温度，因而，这一段符合欧姆定律，当电流增加到使热敏电阻的温度高于周围介质的温度时，其阻值就下降，于是伏安特性曲线是bc 段。
要使热敏电阻用于温度测量，必须要求其阻值只随外界温度的改变而变化，与通过它的电流无关。
因此，其工作区域必须在伏安曲线的直线部分。
实验电路如图6-27所示。
图6-27 实验电路原理图图中G为微安计，R t为热敏电阻。
当电桥平衡时，微安计读数为零，此时满足R1/R2=R3/R t.。
若取R1＝R2，则R3的数值就等于R t的数值。
电桥平衡后，其中若某一臂的电阻发生变化（如R t），则平衡将受到破坏，微安计中将会有电流通过。
若电桥电压、微安计的内阻R g、电桥各臂电阻（R1、R2、R3）固定，则可以根据微安计的读数I g的大小计算出R t，再根据热敏电阻的电阻－温度特性曲线测量其对应的温度值，实现对温度的测量。
因此，为使半导体热敏电阻阻值标志温度值，试验中首先要选定电路中E、R1、R2、R3各量，选定方法如下：根据所设计的半导体温度计的测温范围t1～t2，由热敏电阻－温度曲线，查出对应的热敏电阻阻值的下限值R t1和上限值R t2，当热敏电阻阻值为R T1时，使电桥处于平衡状态（I g＝0）；若取R1＝R2、R3＝R T1，则R3就是热敏电阻处于测温量程下限温度的电阻值。
半导体温度计的实验设计和数据分析
半导体温度计的实验设计和数据分析引言：半导体温度计是一种常用的温度测量装置，具有精度高、响应快、体积小等优点，在工业生产和科学研究中得到了广泛应用。
本文将介绍一种基于半导体材料的温度计的实验设计和数据分析方法，为读者提供参考和指导。
一、实验设计1. 实验目的本实验旨在研究半导体温度计的工作原理，通过实验测量温度计的电阻随温度的变化规律，并分析实验数据，进一步了解半导体材料的温度特性。
2. 实验器材和材料- 半导体温度计器件：选择常见的硅(NTC)或石英温度计。
- 变温系统：可使用热电材料、电热丝或热水浴等方式控制温度。
- 测量设备：万用表或数字多用表等电阻测量仪器。
- 连接线和插头：用于连接温度计和测量设备。
3. 实验步骤（1）将半导体温度计器件固定在测量区域内，确保其与温度接触良好。
（2）使用变温系统控制温度，在不同温度下记录温度计的电阻值。
（3）根据测量值绘制温度与电阻的关系曲线。
二、数据分析1. 温度与电阻关系曲线拟合根据实验数据，我们可以得到一组温度与电阻的对应关系数据点。
此时，我们需要对数据进行拟合处理，以获得更好的拟合曲线。
常用的拟合方法包括线性拟合、多项式拟合和非线性拟合等。
根据实验结果和数据特点选择适当的拟合方法。
2. 温度计的灵敏度计算通过实验数据和拟合曲线，我们可以计算温度计的灵敏度。
灵敏度是指温度计的电阻随温度变化的敏感程度，一般用温度差对应的电阻差来表示。
计算公式：灵敏度（S）= ΔR / ΔT其中，ΔR表示电阻的变化量，ΔT表示温度的变化量。
3. 温度计的精度分析在实验过程中，温度计的读数可能存在一定误差。
为了反映温度计的精度，我们可以计算误差和相对误差。
计算公式：误差（E）= 真实值 - 实测值相对误差（RE）= 误差 / 真实值 × 100%4. 实验结果的讨论根据实验结果和数据分析，我们可以讨论温度计的性能和适用范围。
比较不同材料温度计的特性，评估其优劣，并提出对实验结果的合理解释。
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半导体温度计的设计和制作实验（非平衡电桥）
在温度不太低或不太高（如从－20o C到几百度）的情况下，通常可以用水银温度计来测一定的温度。
由于生产和科学实验的发展，需要精密和快速的温度测量，因而就需要灵敏度较高的温度计。
现在已有各种用途的温度计，半导体温度计就是其中的一种。
本实验的半导体温度计利用热敏电阻为传感器，利用非平衡电桥实现由电学量测量一些变化的非电量，这种思想现在应用范围扩展到很多领域，如长度、位移、应力、应变、温度、光强等转变成电学量，如电阻、电压、电流、电感和电容等，然后用电学仪器来进行测量。
一、实验目的
1．理解非平衡电桥的工作原理及其在非电量的电测法中的应用。
2．了解半导体温度计的基本原理并设计制作一台半导体温度计
二、实验原理
1．热敏电阻伏安特性曲线
为测量热敏电阻的阻值，需了解热敏电阻的伏安特性。
由图1可知，在V-I 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有关。
图1 热敏电阻伏安特性曲线
半导体温度计是利用热敏电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。
2．半导体温度计测温电路的原理
非平衡电桥的工作原理图如下：
图2 半导体温度计测温电路原理图
图中G 是微安表， R T 为热敏电阻，当电桥平衡时，表的指示必为零，此时应满足条件：
T
R R R R 3
21= （1） 若取R 1 = R 2，则R 3的数值即为R T 的数值。
平衡后的电桥若其中某一臂的电阻又发生改变，则平衡将受到破坏，微安表中将有电流流过，此为非平衡电桥。
由基尔霍夫方程组求出
CD T T G T T G V R R R R R R R R R R R R R R R I 2
323212
12
32
212++
+++-
+= （2）
由此可见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。
由于热敏
电阻的大小与环境温度是一一对应关系，因此可以利用这种“非平衡电桥”的电路原理来实现对温度的测量。
3．半导体温度计的设计与制作
热敏电阻的阻值在测温量程的下限R
T1
时，要求电桥处于平衡状态，由电桥
原理，微安计的读数I
G =0 ，此时满足平衡条件。
取R
1
=R
2
，则R
3
=R
T1
，即R
3
就是
热敏电阻在量程下限时的电阻值，由此也就决定了R
3
的电阻值。
温度增加时，热敏电阻阻值减小，平衡受破坏，微安计中流过电流。
当热敏电阻
处在测温量程的上限温度电阻值R
T2
时，要求微安计的读数为满刻度。
此时，流
入微安计中的电流I
G 只与V
CD
和R
T2
有关。
为了让热敏电阻工作在线性区，一般
V cd 的值不会超过图1中的V
max。
令R
1
=R
2
、R
3
=R
T1
得
)
(2
)
2
1
(
2
2
1
2
1
2
1
2
1
T
T
T
T
G
T
T
T
G
CD
R
R
R
R
R
R
R
R
I
V
R
+
+
-
+
-
=（3）
其中，微安表内阻R G用替代法测量，其电路图如图3所示。
图3 测量表头内阻电路
首先按图接好线，保护好电表，将开关K接向a端。
接通电源，调节滑线变阻器R1的滑动头D，使G满量程（或某适当值），记下G0的读数。
切断电源E，将开关K接向b端，接通电源，再调R的值，使G0保持原值不变，这时电阻箱R上的指示读数即为表头内阻R G。
至此，电桥各臂电阻R 1，R 2，R 3已设定，然后焊接电路，将热敏电阻接入即完成一个半导体温度计的设计与制作。
三、实验器材
热敏电阻、电阻器、电阻箱、微安计、多用电表、电池、多挡开关、导线、电路板（待焊接）、烙铁、恒温水浴等。
四、实验内容及步骤
1．实验内容：
用半导体热敏电阻作为传感器，设计制作一台测温范围为30~70°C 的半导体温度计；要求微安计的全部量程均能有效利用，即30°C 时，微安计指示为零，70°C 时，指示为满刻度。
2． 实验步骤
（1）确定各元件参数。
查看电阻值---温度数据，确定半导体温度计下限温度（30°C ）所对应的电阻值R T1和上限温度（70°C ）所对应的电阻值R T2，取R 1=R 2 得R 3=R T1；根据实验中采用热敏电阻的实际情况，本实验中取V CD =1V ，可以保证热敏电阻工作在伏安特性曲线的直线部分。
令R 1=R 2，R 3=R T1，由
⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=
212121212212T T T T G T T T G
CD
R R R R R R R R I V R
计算出R 1和R 2的阻值，式中R T2为上限温度电阻值，R G 为微安表内阻。
（2）焊接电路。
根据电路图和实物图草稿，正确焊接实物电路板。
使用电烙铁注意事项：（a ）当工作时不需要使用时，应将其置于专用支架上，避免烧伤、烫伤。
避免烫坏导线或其他物件，并将电烙铁的放置地点应远离易燃品。
（b ）烙铁头使用完成后，上面多余的焊锡尽可能不要乱甩，特别是往身后甩时危险更大。
(c) 在工作完成后，烙铁头在没有确信脱离电源时，不能用手摸。
(d) 拆焊有弹性的元器件时，不要离焊点太近，并使可能弹出焊锡的方向向外。
（3）温度计定标。
令R t =R T1，调节R 3 使微安表指零。
（注意：以后R 3不能变
化），接着令R t=R T2，调节可变电压源，使微安表满量程。
（为什么调R可使电表满刻度？）查看电阻值――温度数据，从30°C开始，每隔5°C读取一次数据，依次输入标准电阻值。
读取微安表的电流值，记录到数据表1中。
绘制电流---温度曲线。
表1 半导体温度计的不同温度对应的阻值及电流
(4) 用自行设计温度计测量实际温度（如体温，室温等）,比较其结果
(5)实验完毕，焊下所有元件，仪器归位。
五、思考题
（1）、为什么本实验不用一般的金属材料而用半导体热敏电阻材料来制作温度计？
（2）为什么在测R1和R2时，为什么要断开微安计？
（3）在下图中，微安计的电流是否可以由B流向A？。