半导体温度计的设计与制作

合集下载

半导体温度计的微纳加工和封装方法

半导体温度计的微纳加工和封装方法近年来，随着科技的不断发展，半导体温度计在各个领域中得到了广泛的应用。

半导体温度计具有高精度、高灵敏度以及快速响应的特点，因此在工业生产、医疗设备、环境监测等领域中被广泛使用。

本文将介绍半导体温度计的微纳加工和封装方法，包括材料选择、制备工艺以及封装技术。

首先，对于半导体温度计的微纳加工过程，合理的材料选择是至关重要的。

常见的材料选择包括硅、硅碳化物、硅基氧化物以及金属薄膜等。

其中，硅材料具有良好的热导率和电导率，可用于制作温度敏感器件。

硅碳化物材料具有较高的稳定性和抗辐射性能，适用于高温环境下的温度测量。

硅基氧化物材料的优势在于尺寸稳定性好，适合制备微纳米尺寸的温度计。

金属薄膜材料常用于温度计的电极，具有良好的导电性和化学稳定性。

其次，针对半导体温度计的微纳加工过程，有几种常用的制备工艺。

一种常见的工艺是湿法刻蚀。

湿法刻蚀是利用化学反应在温度计材料表面产生溶解作用，从而实现制备微纳结构。

这种工艺适用于硅材料的加工，通过控制刻蚀液的成分和工艺参数，可以实现具有精确尺寸的微纳结构制备。

另一种常用的工艺是干法刻蚀。

干法刻蚀通常利用高能粒子或化学气相反应来进行，可以实现对硅碳化物等材料的微纳加工。

相较于湿法刻蚀，干法刻蚀可以实现更高的加工精度和较低的表面粗糙度。

此外，还有一些其他的制备工艺，如激光刻蚀、离子注入等，这些工艺技术可以根据不同的材料和需求选择适合的方法。

最后，半导体温度计的封装技术也是十分重要的一环。

封装技术能够保护温度计免受外界干扰，并提供可靠的接触和电连接。

常见的封装方法包括芯片级封装、表面贴装封装和无线封装等。

芯片级封装是将温度计芯片直接封装、密封在冶金芯片壳体中。

这种封装方法具有较高的封装密度和尺寸精度，适用于微型温度计。

表面贴装封装则是将温度计芯片粘贴在PCB板上，并在其上连接连线，再进行封装。

这种封装方法适用于对尺寸和性能要求不苛刻的温度计。

无线封装则是将温度计芯片封装在无线传感器中，通过无线技术进行数据传输。

半导体温度计的原理和应用领域

半导体温度计的原理和应用领域随着科学技术的发展，半导体温度计作为一种重要的测温设备，广泛应用于各个领域。

本文将介绍半导体温度计的原理和应用领域，并对其优势进行分析。

一、半导体温度计的原理半导体温度计是基于半导体材料的温度依赖性质设计制作而成的温度测量设备。

其原理基于半导体材料的温度与其电学性质之间的密切关系。

根据温度对材料电阻率的影响，我们可以设计出不同类型的半导体温度计。

最常见的半导体温度计是PN结温度传感器，它由一个N型半导体和一个P型半导体构成。

当温度升高时，半导体材料的载流子浓度将增加，导致材料的电导率增大，从而电阻下降。

通过测量电阻的变化，我们可以推断温度的变化。

此外，半导体材料还具有热电效应，即温度变化引起的电压变化。

基于这种效应，我们可以设计热电温度计，如热电阻、热电偶等。

热电温度计的原理是通过测量材料产生的热电势差来计算温度的变化。

二、半导体温度计的应用领域1. 工业控制和自动化半导体温度计在工业控制和自动化领域中得到广泛应用。

例如，在制造业中，通过测量设备和机器的温度，可以实现对生产过程的监控和控制。

半导体温度计可以实时监测温度变化，并将数据传输到控制系统，从而调节设备的运行状态。

这可以提高生产效率、降低成本，并确保产品质量。

2. 环境监测半导体温度计在环境监测中也发挥着关键作用。

无论是气象观测站、室内温度控制系统还是温室监测，半导体温度计都可以提供准确的温度数据。

这有助于我们了解环境变化并采取相应的措施来保护环境和人类健康。

3. 医疗领域在医疗领域，半导体温度计用于测量人体温度是非常常见的应用。

相比传统的温度计，半导体温度计具有测量速度快、准确度高以及易于使用的优势。

在医院、诊所和家庭中，半导体温度计可以有效地监控患者的体温，及时发现可能的疾病症状。

4. 能源领域半导体温度计在能源领域中也具有重要意义。

例如，太阳能发电系统需要监测太阳能电池板的温度，以确保其高效运行。

半导体温度计可以提供准确的温度数据，从而帮助调节系统的工作温度，提高能源转换效率。

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。

半导体温度计的设计和制作实验

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：TR R R R 321= （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 23232121232212+++++-+= （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。

温度计的设计

温度计的设计专业___________________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。

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。

根据数据，将表盘读数改为温度的刻度，并做出I－T的曲线与表盘刻度比较。

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、实验步骤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”上双击“表头插线”，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。

接着在程序的空白处，右键选择打开“仪器正面”和“仪器背面”两界面，调节“仪器背面”的R3，使得“仪器正面”的表头指示在“0”处。

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。

大学物理课件-设计制做半导体热敏电阻温度计PPT文档共38页

大学物理课件-设计制做半导体热敏电阻温度计
11、获得的成功越大，就越令人高兴。野心是使人勤奋的原因，节制使人枯萎。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树，先有根茎，再有枝叶，尔后花实，好好劳动，不要想太多，那样只会使人胆孝懒惰，因为不实践，甚至不接触社会，难道你是野人。(名言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但常看常新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福。我爱自己，我用清洁与节制来珍惜我的身体，我用智慧和知识充实我的头脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。农夫不会播下一粒玉米，如果他不曾希望它长成种籽；单身汉不会娶妻，如果他不曾希望有小孩；商人或手艺人不会工作，如果他不曾希望因此而有收益。-- 马钉路德。
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
ห้องสมุดไป่ตู้
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚

半导体温度计的设计和制作实验报告

实验题目：半导体温度计的设计和制作实验目的：学用惠斯通电桥制作半导体温度计并用其测量温度。

实验原理：电路原理图及所用公式：实验步骤：1.根据(2)式算得R 1＝R 2=4785.86Ω2.断开R 1，R 2连接，调整R 1，R 2。

3.根据地板图焊接电路。

4.用电阻箱代替热敏电阻，调节R 3,使R T 为20℃对应阻值时电表示数为0；调R 使使R T 为70℃对应阻值时电表满偏。

5.开关置2档，调R 4，使电表满偏。

6.从R －T 曲线(在下页)中读20℃～70℃每隔2.5℃对应阻值，读出R T 为上述阻值时微安表示数T 。

把表盘可读改为温度刻度并画出I-T 曲线。

6.用实际热敏电阻代替电阻箱并测出55.5℃水浴和34.5℃水浴对应电流值和温度。

(1)CD T T G T T G V R R R R R R R R R R R R R R R I 23232121232212+++++-+= (2))(2)21(221212121T T T T G T T T G CD R R R R R R R R I V R ++-+-=图表1:R-T曲线图表2:I-T曲线及其线性拟合线性回归方程：T=17.31755＋0.97318I实验结果：在55.5℃水浴下测得电流值为40.3μA与从图表2中读到对应温度电流值:39.2μA相对误差为2.73%在35.4℃水浴下测得电流值为20.0μA与从图表2中读到对应温度电流值:19.5μA相对误差为2.5%误差分析：1. R1，R2, R3, R4难以调校准确，误差较大，有的电位器阻值自己会变，且在焊接和其它操作过程中阻值可能有变化。

2.电池电力可能已经不足。

3.测量温度可能在热敏电阻的非线性区间。

4.实验室温度等其它因素可能对元件性能产生影响。

思考题：为什么在测R1，R2时，需将开关置为1档，拔下E处接线，断开微安表？答：如果没有如上操作，将会有其它元件接入电路。

半导体温度计的设计和制备方法

半导体温度计的设计和制备方法随着科技的进步，半导体温度计在温度测量及控制领域扮演着重要的角色。

它们被广泛应用于工业生产、研究实验和家用设备中。

本文将介绍半导体温度计的设计和制备方法，并讨论其工作原理和性能特点。

一、半导体温度计的工作原理半导体温度计基于材料的电阻特性随温度的变化而变化的原理。

常见的半导体材料有硅和砷化镓。

利用半导体材料的温度特性，可以通过测量其电阻来推断温度的变化。

半导体温度计通常采用负温度系数（NTC）电阻或正温度系数（PTC）电阻。

NTC温度计的电阻值随温度上升而下降，而PTC温度计的电阻值则相反。

根据具体应用需求，可以选择适合的电阻类型。

二、半导体温度计的设计方法1.选择适合的半导体材料：根据需要测量的温度范围和精度，选择合适的半导体材料。

硅是常用的材料，适用于较低温度范围；而砷化镓则适用于较高温度范围。

2.确定电阻类型：根据应用需求，选择合适的电阻类型，即NTC或PTC。

如果需要更高的精度和稳定性，可以考虑使用PTC温度计。

3.设计电路：根据选择的材料和类型，设计合适的电路。

在电路设计中，考虑电源电压、电流限制、电阻-温度曲线等因素，以确保温度计的准确性和可靠性。

4.温度校准：在制备完成后，进行温度校准以验证温度计的准确性。

可以使用标准温度源或比较型温度计进行校准。

校准后，进行相应的计算和调整，以修正任何测量误差。

三、半导体温度计的制备方法1.材料准备：准备所需的半导体材料和电路元件。

确保材料质量良好并符合应用需求。

2.制备电路：根据设计的电路方案，进行电路的制备。

可以采用传统的束流蚀刻或光刻工艺，将电路图案形成在材料上。

此外，还可以采用薄膜沉积工艺，将电阻材料沉积在半导体材料上。

3.封装保护：在制备完成后，对半导体温度计进行封装保护，以确保其工作稳定性和可靠性。

常见的封装材料有环氧树脂和硅胶。

封装材料的选择应考虑温度范围、压力要求和耐化学腐蚀性能。

4.温度校准和测试：在制备完成后，进行温度校准和测试以验证温度计的性能。

设计制做半导体热敏电阻温度计

ūA
a. 外接稳压可调电源；b. 桥路接微安表；c. RX 处接热敏电阻；外接稳压可调电源；b. 桥路接微安表；c.
d. RS处接可调电阻箱；
电学设计性实验（电学设计性实验（一）
——设计制做半导体热敏电阻温度计
4. 设计制做半导体热敏电阻温度计的实验步骤第一次课及课后要完成的任务：记录仪器参量：电阻箱的调节范围，电源的调节范围，微安表的量程和对应的内阻，热敏电阻的室温阻值和选定的高温【75° 的高温【75°C】及其阻值【查出来】。及其阻值【查出来】绘出实验电路，记录流过微安表的电流表达式。
(5 ). 适当选择电桥倍率，在确定的下限温度环境中，调节RS使电桥平衡，此境中，调节RS使电桥平衡，此时微安表读数为零； (6 ). 保持RS不变, 调节工作电源E,使测量环境保持RS不变, 调节工作电源E,使测量环境温度达到上限温度时, 温度达到上限温度时,表头示值为预计上限温度；
• 利用公式 • R1,R2,根据电桥其它电阻的阻值，选择相近 R1,R2,根据电桥其它电阻的阻值，选择相近的整数，并相等。 • 在测量的低温端【室温】Ig=0mA,利用R0,确在测量的低温端【室温】Ig=0mA,利用R0,确定Rs; • 在温度表的高温端【75度】，Ig=400mA,和在温度表的高温端【75度 Ig=400mA,和 R75的阻值,确定电源电压。的阻值,
利用表达式，分析电桥各比例臂的数值、电源电压对微安表电流的影响。利用选定的微安表量程【响。利用选定的微安表量程【即选定了内阻】定了内阻】、满量程的高温电阻【加水测量】、室温电阻、各比例加水测量】臂电阻，计算出电源电压。要考虑流过电流表的电流方向【流过电流表的电流方向【正负极接到那一端】到那一端】。

·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专业：工程技术系班级：汽车服务081班姓名：吴仲虎学号： 200808310225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使用方法，学习坐标变换、曲线改直的技巧的问题，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非常敏感的半导体陶瓷质工作体构成的元件。

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。

热敏电阻作为温度传感器具有用料省、成本低、体积小等的优点，它可以简便灵敏地测量微小温度的变化，在很多科学研究领域都有广泛的应用。

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使用方法，学习坐标变换、曲线改直的技巧。

一实验仪器：二实验原理热敏电阻的电阻值与温度的关系为TBAeR =其中，A 、B 是与半导体材料有关的常数；T 为绝对温度。

根据定义，电阻温度系数为dT dR R t 1=α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基本特性是它的温度特性, 这种特性与半导体材料的导电机制密切相关。

温度越高, 载流子的数目越多, 导电能力越强, 电阻率也就越小。

由于半导体中载流子数目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，为了实现这种方法，采用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， RT 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：r321R R R R若取R 1 = R 2，则R 3的数值即为R T 的数值。

半导体热敏电阻温度测量的设计

起止日期：
课程设计任务书
一、设计题目：半导体热敏电阻测温仪表的设计
二、设计目的
1、掌握对电路板的设计流程及焊接技巧；
2、掌握C8051F410单片机体系结构及C语言程序设计方法；
3、掌握半导体热敏电阻的测温及热敏电阻测温过程的标定方法；
4、掌握利用Keil进行软件仿真及对可编程逻辑器件进行硬件下载的方法；
2．显示方法：LED数码管；
3．供电电源：220VAC；
4．测温误差：≤1℃。
四、设计时间及进度安排
设计时间共三周（2011.03.7～2011.03.25）,具体安排如下表：
周次
设计内容
设计时间
第一周
1．学习C8051F410单片机体系结构及程序开发；
2．设计半导体热敏电阻测温电路，并应用Protel画出其电路原理图。
图 1-1 整体设计框图
1.2.1 单片机
C8051F410器件是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU。具有高速、流水线结构的8051兼容的为控制器核（可达50MIPS），真12位200ksps的24通道ADC，全速、非侵入式的在系统调试接口，带模拟多路器、高进度可编程的24.5MHz内部振荡器，达32KB的片内FLASH存储器，4个通用的16位定时器，多达24个端口I/O等，具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F410器件是真正能独立工作的片上系统。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任一个或所有外设以节省功耗。
图2-5 12位ADC原理框图
2.4 C
C8051F410系列的单片机系具有片内上点复位，VDD监视器，看门狗定时器和时钟振荡器，是能独立工作的片上系统。FLASH存储器具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储。每种器件都可在工业温度范围—40~+85，内有2.0V~2.75V的电压工作。

半导体温度计的设计和制作

半导体温度计的设计和制作5-06级数学系pb06001093 蔡园青4月27号实验目的：要求测试温度在20~70C 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。

实验仪器：热敏电阻、待焊接的电路板、微安表、电阻器、烙铁、电阻箱、电池、多档开关、导线、多用表、恒温水浴等。

实验原理：半导体温度计就是利用半导体的电阻值随温度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。

由于金属氧化物半导体的电阻值对温度的反应很灵敏，因此可以作为温敏传感器。

为实现非电量的电测法，采用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。

由图 3.5.3-1可知，在V-I曲线的起始部分，曲线接近线性，这是因为电流小时在热敏电阻上消耗的功率不足以显著地改变热敏电阻的温度，因而符合欧姆定律。

此时，热敏电阻的阻值主要与外界温度有关，电流的影响可以忽略不计。

）））））半导体温度计测温电路的原理图如图3.5.3-2所示（仅供参考），图中Ｇ是微安计，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TR R R R 321 ，若取R 1=R 2，则R 3的数值即为R T 的数值。

平衡后，若电桥某一臂的电阻又发生改变（如R T ），则平衡将受到破坏，微安计中将有电流流过，若电桥电压，微安计内阻R G ，电桥各臂电阻R 1、R 2、R 3已定，就可以根据微安计的读数I G 的大小计算出R T 的大小来。

也就是说，微安计中的电流的大小直接反映了热敏电阻的阻值的大小，因此就可以利用这种“非平衡电桥”的电路原理来实现对温度的测量。

由上述可知，可由E 、R G 、R 1G 、R 2确定I G 和R T 的关系，如何选定E 和R 1、R 2、R 3呢？由电桥原理可知：当热敏电阻的阻值在测温量程的下限R T1时，要求微安计的读数为零（即I G =0），此时电桥处于平衡状态，满足平衡条件。

半导体温度计的设计与制作5页word文档

3.5.3 半导体温度计的设计与制作（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）虽然热敏电阻对温度非常灵敏，但通常每个元件可适用的范围都不太宽，所以应根据所要测量的温度的上、下限和温度范围的高低选用具有合适阻值和B 值的元件以及相应的测温电路。

元件的B 值越高，其电阻温度系数越大，可测量的范围越窄。

表3.5.3-1给出了不同热敏电阻的适用范围和对应的B 值。

表3.5.3-1 不同热敏电阻的适用范围和对应的B 值由上表可知，测量低温采用B 小的元件，测量高温采用B 大的元件。

通常选用电阻值Ω=6210~10R ，因为电阻值太小灵敏度低，电阻值太大则会引起电绝缘和测量线路匹配困难。

在各种热敏电阻的测温电路中，以分压电路和桥式电路的应用最广。

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（或选用你认为更好的测温电路）来设计一半导体温度计。

实验原理半导体温度计就是利用半导体的电阻值随温度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。

由于金属氧化物半导体的电阻值对温度的反应很灵敏（参见实验3.5.2），因此可以作为温敏传感器。

为实现非电量的电测法，采用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。

由图3.5.3-1可知，在V-I 曲线的起始部分，曲线接近线性，这是因为电流小时在热敏电阻上消耗的功率不足以显著地改变热敏电阻的温度，因而符合欧姆定律。

此时，热敏电阻的阻值主要与外界温度有关，电流的影响可以忽略不计。

半导体温度计测温电路的原理图如图3.5.3-2所示（仅供参考），图中Ｇ是微安计，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TR R R R 321=，若取R 1=R 2，则R 3的数值即为R T 的数值。

半导体温度计的原理和应用

半导体温度计的原理和应用1. 引言半导体温度计作为一种常见的温度测量设备，广泛应用于许多领域，如工业生产、医疗设备、电子产品等。

本文将介绍半导体温度计的工作原理和应用。

2. 半导体温度计的工作原理半导体温度计利用材料在温度变化时导电特性变化的原理来测量温度。

其工作原理可以简单描述如下：•负温度系数材料: 半导体温度计常使用负温度系数材料作为敏感元件。

在这些材料中，电阻值会随温度的升高而降低。

常见的负温度系数材料有硅(Si) 和锗 (Ge)。

•PN 结构: 半导体温度计采用PN结构。

当温度升高时，半导体材料中导电带的电子浓度增加，使半导体材料的电阻降低。

•电阻测量: 半导体温度计通过测量材料的电阻值来反映温度的变化。

一般通过建立一个电桥电路或利用差动放大电路来测量电阻值。

3. 半导体温度计的应用半导体温度计在各行各业都有广泛的应用。

以下列举了几个常见的应用领域：3.1 工业控制在工业控制系统中，半导体温度计常被用于监测和控制温度，例如炉温、热水器、空调等。

由于半导体温度计具有响应速度快、体积小、精确度高等优点，因此被广泛应用于各种工业控制环境中。

3.2 医疗设备半导体温度计也被广泛应用于医疗设备中，例如体温计和血液透析机。

相比传统的玻璃温度计或者RTD温度计，半导体温度计无需预热，响应时间快，能够提供更准确的温度测量结果。

3.3 电子产品在电子产品中，半导体温度计可以用来监测电子元器件的温度，以确保电路运行的稳定性和可靠性。

例如，计算机、手机、笔记本电脑等设备中常常会使用半导体温度计来监测CPU的温度，以避免过热引起的故障。

3.4 环境监测半导体温度计也可以用于环境监测领域，对空气、水、土壤等的温度进行测量。

通过收集和分析温度数据，可以提供环境监测和气候研究所需的信息。

3.5 汽车工业半导体温度计在汽车工业中具有重要的应用。

它们可以被用于测量发动机冷却剂的温度、车内温度等。

通过监测温度，可以提高汽车发动机的效能，保护车内乘客的安全与舒适。

半导体温度计

实验题目：半导体温度计的设计与制作实验目的：进一步理解热敏电阻的伏安特性和惠斯通电桥测电阻的原理，学习非电学量的电测法，了解实验中的替代原理的应用，同时提高组装、焊接电路的操作能力。

实验器材：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、导线、万用表、恒温水浴实验原理：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。

一般使用金属氧化物半导体作温度传感器。

热敏电阻的伏安特性曲线和测温电路原理图如下：图一：热敏电阻的伏安特性曲线和测温电路原理图当取伏安特性曲线的a 段时，近似认为符合欧姆定律。

当I G 使G 满偏时，近似认为V CD =I T（R 3+R T ）。

由基尔霍夫方程组解得： )(2)21(221212121T T T T G T T T G CD R R RR R R R R I V R ++-+-=由上式可以确定R 1（=R 2），其中R 3的确定是在下限温度电阻R T1下，使电桥平衡，从而有R 3=R T1、R 2=R 1。

由下表可以知道，R 3=R T1=2277Ω，R T2=462Ω。

作出R-T 曲线并计算得：R 1=R 2=4545Ω。

T （℃） 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 R （Ω） 3143 2576 2140 1822 1508 1285 1082 T （℃） 50.0 55.0 60.0 65.0 70.0 75.0 R G =3913ΩI G =50uA U CD =1VR （Ω）924782670577496433表一：热敏电阻的R-T 关系和基本实验条件实验内容：（1）在坐标纸上绘出热敏电阻的电阻-温度曲线，确定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定最大工作电流I T。

半导体温度计的制作与特性研究

ｂ的值，算出了半导体材料的激活能，出了各种不同温度下的半导体电阻的温度系数，计得确
定了半导体电阻的经验公式，出了一元线性回归方程，绍了制作半导体电阻温度计的方给介
法。
关键词：导体温度计；导体电阻；能参数；导体材料的激活能；导体电阻的温度半半性半半
离有限制，温距离较远时。测仪表的滞后现象较为严重等等。随着半导体技术的不断发展．敏电阻作为热
一
种新型感温元件应用越来越广泛。热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻，具有许它
多独特的优点，能测出温度的微小变化，长期工作，如能体积小，敏度高，灵结构简单，量轻，重热惯性小，
们各自不能克服的缺点。银体温计的缺点是易破碎，水存在水银污染的可能，测量时间较长，急重病患对
者、老人、幼儿等使用不方便，易读数；精温度计的缺点是测量上下限和精度受玻璃质量与测温介婴不酒
质的性质限制，量高温物体时易碎，不能记录和远传；金属温度计的缺点是精度较低，测且双量程和使用范围易有限制；力式温度计的缺点是热损失大，压响应时间较慢；表密封系统（包，细管，簧管）仪温毛弹损坏难于修理，须更换，必测量精度受环境温度、包安装位置影响较大，温精度相对较低，毛细管传送距