晶体管温度传感器及电子温度计
制作简易测温仪了解温度变化
制作简易测温仪了解温度变化温度是我们日常生活中非常重要的一个物理量，它对于我们的健康和生活都有着重要的影响。
因此，了解温度变化是一项非常有意义的实践。
在本文中，我们将介绍如何制作一个简易的测温仪，通过这个实践来更好地了解温度变化。
材料准备：- 一个NPN型晶体管- 一个10KΩ的热敏电阻- 一个10KΩ的电阻- 一个LED灯- 一台万用表- 一块小面包板- 几根杜邦线- 一个9V电池和电池座制作步骤：1. 首先，将NPN型晶体管插入面包板中，确保引脚插入正确的位置。
2. 接下来，将热敏电阻的两个引脚插入面包板的一侧，并在其它一侧插入一个10KΩ的电阻。
3. 将10KΩ的电阻的一端连接到NPN晶体管的负极引脚（一般是中间引脚），将另一端连接到地线上。
4. 将热敏电阻的另一端连接到正极引脚（一般是左边引脚）。
5. 现在，将一个杜邦线的一端连接到NPN晶体管的正极引脚（一般是右边引脚），将另一端连接到LED的正极。
6. 将LED的负极连接到地线上。
7. 最后，连接9V电池和电池座，确保电路可以正常工作。
使用方法：1. 打开电源，让电路正常工作。
2. 将温度传感器朝向你想要测量的物体或环境，确保它能够与物体直接接触。
3. 观察LED灯的状态。
当温度升高时，LED灯会发出不同的亮度或闪烁频率，这取决于你使用的具体电路设计。
实验原理：这个简易的测温仪原理基于热敏电阻的特性。
当温度升高时，热敏电阻的电阻值会发生变化。
而NPN晶体管作为一个放大器，可以将这个微小的电阻变化转化为可见的LED灯亮度或闪烁的变化。
通过观察LED灯的变化，我们可以了解温度的变化情况。
实际应用：这个简易的测温仪可以帮助我们了解温度的基本变化情况，但它并不是一个精确的测温设备。
在实际应用中，我们通常会使用更为精确的温度计来测量温度。
然而，通过制作这样的简易测温仪，我们可以更好地理解温度的概念和变化，培养实践操作能力，并且在启发孩子科学探索方面也非常有用。
0.01℃的数显温度计
裹１检测结果
注：因我室的精密水银温度计只有ｏ～５０＇Ｃ和５０～ １００＂Ｃ两种，考虑到置热学实验通常所测温度大都在室 温附近，所以用ｏ～５０℃的温度计进行比较．
Ｕ。一０．６５７ ５士０．０００ ３Ｖ Ｋ＝（一２．０７４ ９土０．００９ ４）×１０。Ｖ／℃
，一——Ｏ．９９９ ９ 从上述计算结果可以看出，３ＤＧ６ｃ的正向 压降ｕ“对温度ｔ具有非常好的线性关系，其Ｋ 和ｕ。的不确定度都很小，并且由于设计的工 作电流只有５０“Ａ左右，比ＡＤ５９０等集成温度 传感器２９３ｐＡ左右的工作电流要小得多，因此 自热很小，而且比热容也小，价格也很便宜， 是很好的温度传感器． 将竦＊作为自变量，以妞｝作为因变量，设
参考文献：
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物理实验第２３卷第５期
０．０１℃的数显温度计
潘学军
（四川师范大学物理系四川成都６１００６６）
摘要：用晶体管ＰＮ结作温度传感器，用集成电路７１３５等作Ａ／Ｄ转换器，制作了测量精度可达０．０１℃的数
字温度测量控制器．
关键词：数显温度计；温度传感器；Ａ／Ｄ转换器
中图分类号：ＴＨ８１１．９
电子温控器的工作原理
电子温控器的工作原理
电子温控器是一种利用电子设备，通过测量温度并与设定值进行比较，控制温度的装置。
其工作原理如下：
1. 传感器：电子温控器内部搭载温度传感器，可以是热敏电阻（如热敏电阻NTC）或热电偶等。
传感器将周围环境的温度转化为电信号。
2. 比较器：传感器输出的电信号与设定温度值进行比较。
比较器根据两者之间的差异，判断当前的温度高于还是低于设定温度。
3. 控制单元：比较器将比较结果反馈给控制单元，控制单元会根据比较结果发出控制信号。
4. 继电器或晶体管：控制信号将通过继电器或晶体管的开关操作，来控制供电设备（如加热器或冷却器）的开关状态。
5. 加热器或冷却器：根据继电器或晶体管的开关状态，加热器或冷却器将分别开始加热或降温。
6. 反馈环：温度的变化会重新被传感器检测，形成一个闭环反馈，控制单元会根据实时的温度变化与设定值进行比较，持续控制加热器或冷却器的工作状态，以维持设定温度的稳定。
通过不断的测量、比较和控制，电子温控器能够实现对温度的精确控制，提高生产过程的稳定性和效率。
半导体温度计的温度范围和精度比较
半导体温度计的温度范围和精度比较半导体温度计是一种常见的温度测量设备，被广泛应用于多个领域，包括工业控制、环境监测和生命科学等。
半导体温度计具有许多优点，例如响应速度快、可靠性高、体积小、功耗低等。
在本文中，我们将比较不同类型半导体温度计的温度范围和精度，并探讨其适用性和限制。
首先，让我们来了解一下几种主要类型的半导体温度计：负温度系数（NTC）热敏电阻、正温度系数（PTC）热敏电阻和硅基温度传感器。
NTC热敏电阻是一种负温度系数的传感器，其电阻值随温度的升高而降低。
NTC热敏电阻通常在-55℃至+150℃的温度范围内工作。
它们的响应速度较快，因此适用于需要实时反馈的应用。
然而，由于其较大的温度系数和温度响应的非线性性，NTC热敏电阻的精度相对较低。
通常情况下，NTC热敏电阻的精度为0.5%至5%。
PTC热敏电阻是一种正温度系数的传感器，其电阻值随温度的升高而增加。
PTC热敏电阻通常在-50℃至+250℃的温度范围内工作。
PTC热敏电阻具有较好的稳定性和线性性，并且在高温环境下表现出更好的性能。
然而，PTC热敏电阻的响应速度较慢，适用于不需要频繁温度变化的应用。
其精度通常为1%至5%。
硅基温度传感器是一种基于硅芯片的温度传感器，其工作原理基于硅元素的温度特性。
硅基温度传感器通常在-40℃至+125℃的温度范围内工作，但某些型号可以扩展到更广泛的温度范围。
硅基温度传感器具有较高的精度和稳定性，并且具有较低的电源电流消耗。
其精度通常为0.1%至1%。
综上所述，不同类型的半导体温度计在温度范围和精度方面有所差异。
NTC热敏电阻适用于一般温度测量和监控应用，其温度范围通常为-55℃至+150℃，精度为0.5%至5%。
PTC热敏电阻适用于较高温度环境，其温度范围通常为-50℃至+250℃，精度为1%至5%。
硅基温度传感器在精度和稳定性方面表现出色，适用于更高精度要求的应用，其温度范围通常为-40℃至+125℃，精度为0.1%至1%。
硅二极管温度计原理
硅二极管温度计原理
1 硅二极管温度计原理
硅二极管温度计是一种检测温度的仪器，采用电子元件做温度传
感器。
储存在硅晶体中的电子在温度改变时，会出现电子传导的变化，通过硅二极管的效应，把温度变化转换为电子信号传递给测量仪，并
在仪表上显示实际的温度值。
2 硅二极管的工作原理
硅二极管的构造由四个极类型组成，其中两个极放在一起，就称
as源极和汇极。
两个极和接在分别通过源连接和汇连接关联到硅晶体
原子之间。
当温度改变时，会改变硅晶体电性质，而把温度变化转换
为电晕和热释电信号，可用来检测温度。
3 硅二极管温度计的特点
硅二极管温度计具有准确性高、温度监测范围宽、操作便捷、反
应速度快、噪声小等优点，也是温度检测的常用仪器。
由于硅二极管
的体积非常小，它们可以作为“微型温度计”应用于单片集成电路，
检测晶体管的热源。
它也可以用于汽车等内部温度的监测。
总之，硅二极管温度计的工作原理是通过调节温度和热释电信号
来检测温度，采用高效准确、操作方便等优点，是温度检测常用仪器。
电子温度计工作原理
电子温度计工作原理
电子温度计是一种以电子元件为测量传感器的温度测量仪器，其工
作原理主要基于温度对电子元件电阻、电压或电流的影响。
一、热电效应原理
热电效应原理是一种基于材料的温度和电压之间的关系的测温原理。
根据热电效应原理，当两个不同金属的焊点存在温度差时，将会产生
热电动势。
这个热电动势可以通过连接导线进行测量并转化为温度值。
二、热敏电阻原理
热敏电阻原理是利用特定材料在温度变化下电阻值发生变化的特性
来测量温度。
常见的热敏电阻器材料有铂铑、镍等。
温度升高时，热
敏电阻的电阻值减小；温度降低时，电阻值增加。
通过测量电阻值的
变化，可以得出温度测量结果。
三、半导体温度传感器原理
半导体温度传感器利用半导体材料在温度变化下电阻、电压或电流
发生变化的特性来测量温度。
常见的半导体温度传感器有硅、锗等。
半导体材料的电阻随温度的升高而增加，可以通过测量电阻值的变化
来获得温度值。
四、红外线测温原理
红外线测温原理是利用物体在特定波长的红外辐射上的变化，通过光电探测器接收到的红外辐射能量来测量物体的温度。
红外线温度计不直接接触物体，通过测量物体发出的热辐射来得出温度结果。
综上所述，电子温度计的工作原理主要包括热电效应原理、热敏电阻原理、半导体温度传感器原理和红外线测温原理。
不同类型的电子温度计根据不同的原理实现温度的测量。
这些原理为温度传感器提供了可靠和准确的测温方式，广泛应用于科学研究、工业生产、医疗保健等领域。
电子温度计工作原理
电子温度计工作原理
电子温度计是一种利用材料的电学性质来测量温度的设备。
它的工作原理基于材料的电阻与温度之间的关系，即温度对材料电阻值的影响。
在电子温度计中，通常采用半导体材料作为传感器元件。
半导体材料的电阻随温度的变化而变化，这主要是由于半导体的导电机制与材料内部电子结构的变化有关。
当温度升高时，材料的导电机制发生变化。
在低温下，材料的导电主要依赖于载流子（电子或空穴）的热激发，即载流子通过热激发获得足够的能量来参与电导。
而在高温下，载流子的激发变得更加容易，材料的电导性能增强。
基于上述原理，电子温度计通过测量材料的电阻值来间接得到温度信息。
通常，温度传感器与测量电路相连，电路会提供一个特定的电流或电压给传感器，然后测量传感器上的电压或电流值。
根据材料的电阻与温度的关系，电路可以转换电阻值为相应的温度值。
需要注意的是，不同的半导体材料具有不同的温度-电阻特性，因此不同的电子温度计在不同温度范围内的精确度和准确度会有所不同。
此外，一些电子温度计还需要进行温度校准以提高测量精度。
总的来说，电子温度计作为一种普遍使用的温度测量设备，通过测量材料的电阻值来间接测量温度。
它具有快速响应、高精
度和可靠性等特点，在许多领域得到广泛应用，如工业控制、实验室研究和医疗诊断等。
常用电子元器件大全
常用电子元器件大全电子元器件指的是电子设备中所使用的各种电子部件，也是电子产品的核心组成部分。
随着科技的不断发展，电子元器件的种类也日益增多，覆盖了各个领域。
本文将介绍一些常见的电子元器件，以帮助读者更好地了解和应用电子技术。
一、半导体器件1. 二极管（Diode）：具有单向导电性质的半导体器件，广泛应用于整流、开关、稳压等电路中。
2. 晶体三极管（Transistor）：是一种具有放大、开关等功能的半导体器件，被广泛用于集成电路、放大电路等领域。
3. 场效应晶体管（FET）：也是一种常见的半导体器件，适用于高频放大、开关等电路。
4. 可变电容二极管（Varactor Diode）：具有可变电容的二极管，常用于无线电频率调谐电路。
二、电容器1. 固定电容器：用于存储电荷和稳定电压的电子元件，常见的有电解电容器、陶瓷电容器等。
2. 可变电容器：具有可调节电容值的电子元件，可用于调谐电路、滤波电路等。
3. 互感器：由两个或多个线圈绕制而成，能够在不同线圈之间传递电能和信号。
三、电阻器1. 固定电阻器：具有恒定电阻值的电子元件，被广泛应用于电路中的限流、限压、分压等功能。
2. 可变电阻器：通常由可调节的滑动活塞或转轴来改变电阻值，用于调节电路中的信号或电流。
四、集成电路集成电路（Integrated Circuit，IC）是在一块半导体材料上集成了数百至数百万个电子元件的微小电路。
常见的集成电路有以下几种类型：1. 数字集成电路（Digital IC）：用于数字信号处理和逻辑运算等。
2. 模拟集成电路（Analog IC）：用于处理模拟信号，如放大、滤波、调制等。
3. 混合集成电路（Mixed Signal IC）：结合数字和模拟电路的功能，常用于通信、控制等应用。
五、传感器传感器是将感知信号（如光、温度、压力等）转换为可用电信号的装置。
常见传感器有以下几种：1. 温度传感器：用于测量温度变化的元件，广泛应用于工业自动化、环境监测等领域。
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智能仪器
实验报告
成 绩：
班级： __________________ 姓名： _________ 同组者： _____________ 教师：
—晶体管温度传感器及电子温度计
【实验目的】
1. 了解半导体晶体管的温度特性。
2. 了解晶体管温度传感器的结构、工作原理及响应特性。
3. 掌握晶体管温度传感器电压一一温度特性的测量方法。
4. 了解电子温度计的电路结构和设计方法。
【实验原理】
1. 半导体二极管及其特性
当用扩散的方法在 P 型半导体中掺入 N 型杂质或在N 型半导体中掺入 P 型杂质时，扩散的结 果使得两种材料的交界处空穴与电子达到动态平衡并形成
PN 结。
由于PN 结具有单向导电性，因
此可用来制作半导体二极管、稳压管、可控硅及三极管；其中半导体二极管和稳压管由一个 PN 结
构成，半导体三极管和可控硅
图1-1二极管的结构及符号
由两个PN 结构成。
二极管的结构及符号见图 1-1，根据使用的半导体材料不同二极管分为锗（ Ge ）
型和硅（Si ）型，根据结构划分为点接触型（图
1-1（a ））、面接触型（图1-1（b ））和硅平面型二极管
（图1-1（c ））；其中点接触型二极管由于结面积小、结电容小而适用于高频工作，常用于高频检波和 用作高速开关，面接触型和硅平面型二极管由于结面积大而适用于低频大电流整流。
二极管在正向 电压作用下会使 PN 结变薄，从而形成正向电流，在反向电压作用下会使 PN 结变厚，无法形成反
向电流，这就是二极管的单向导电性，二极管的正向特性见图
1-2。
从图1-2中可以看到，二极管的正向特性曲线呈非线性，根据半导体理论可以得出二极管的正
阳松弓【垛
N 塑碇
向电流为:
V d _V g
1 d = 1s (e T -1)
（1-1）
正向电压为： kT I
V d 二 V g - ln( s ) q I d +l s
（1-2）
式（1-1）、（ 1-2）中:
V g ――禁带宽度 /V ； V T -kT/q ；
k = 1.381 1023 J / K ――波耳兹曼常数；
q= 1.602 10 “Q
单位电荷；
I s
二极管反向饱和电流（与温度有关）
/A ；
由式（1-2）得，二极管的正向电压不但与电流有关，而且与环境温度有关，当二极管电流
I d 一定
时，二极管的电压 V d 与温度成一定关系，在温度不太高的情况下， V d 与环境温度成正比，
即：
V d 二 V g T
（ 1-3）
这里，［是与二极管电流有关的系数， 当二极管电流一定时，1为常数，因此［被称之为二极管的
电压一一温度系数或测温灵敏度，可表示为:
(1-4)
［表示环境温度变化1 C 所引起的二极管电压变化,
单位为mV / C ，通常在- 40 C ~150 C 范
图1-2 二极管正向特性
围内，一：:._2mV / C 。
利用二极管的电压一一温度特性可以制做成温度传感器，电子温度计和电子控温仪等测温与控温设备，图1-3为用半导体PN结制成的铠装温度传感器示意图。
1 半导体PN结
2 引线
3 填充材料
4 金属外壳
图1-3铠装半导体PN结温度传感器示意图
2. 半导体电子温度计的组成与温度测量
半导体电子温度计以半导体温度传感器作为传感器件，由测温传感器、恒流源、放大器、零点调节、量程调节和显示仪表等组成。
来自温度传感器的信号经过相应的信号处理后得到反映被测温度的电压信号，通过经过标定的显示仪表显示出温度值，其测温精度可以达到_0.1 C。
图1-4为半导体电子温度计的组成框图，图1-5为电路原理图。
图1-4 半导体电子温度计组成框图
图1-5中的半导体二极管D密封在薄铜管中作为温度传感器，T1、D1、R1、R2组成恒流源为
温度传感器供电，电位器RW1、RW2起零点调节和量程调节作用，显示仪表为指针式或数字式电压表，测温范围：0 ~ 100 C，测量精度可以达到一0.5%。
图1-5 半导体电子温度计电路原理图
3. 晶体管温度传感器的响应特性
传感器的响应特性反映传感器对被测对象的反应速度，反应速度越快，说明传感器对被测量的
快速跟踪能力越强。
由于每种传感器均存在响应惯性，对于铠装晶体管温度传感器来讲，其响应惯
性主要来源于金属外壳内填充材料的热传导能力或铠装体的热容量，填充材料的热传导能力强，则
热惯性小，传感器的热响应速度快，因此填充材料最好采用导热硅脂或导热硅胶。
由于传感器的响应特性符合指数规律，相当于在阶跃信号作用下惯性电路的输出特性，即：
V。
二KV i（1 一「）（1-5）
式（1-5）中，K ――比例系数，V i ――阶跃输入信号或测量环境突变，.一一时间常数（秒）。
当
t =•时，输出能力达到最大能力的63%，当t =4.时，输出能力达到最大能力的98%。
因此，.被看作是惯性系统响应能力的标志，.越小，响应速度越快，见图1-6。
晶体管电子温度计实验仪、电热杯、直流数字式电压表、秒表、标准温度计、数字温度计等。
【实验内容】
1. 半导体二极管电压一一温度特性的测量
直流数字电压表接晶体管电子温度计实验仪“PN+ ”和“ PN-”输出口，打开电源开关，直流数
字电压表选择2V档。
将铠装晶体管温度传感器与标准温度计捆绑在一起组成搅拌棒，在保温杯中加入适量的冰块和少量的水，以冰为主，用搅拌棒充分搅拌成0 C的冰水混和液，读取并记录0 C
时直流数字电压表的读数一PN结电压，然后在玻璃杯中加入约100ml水，用注射器抽取适量冰水
注入玻璃杯中，调水温为10匸（水温高于20 °C时，先调20 °C后调10 9），将电压表读数V d记入表1-1，电热杯中加入约400ml水开始加热并不断用搅拌棒搅拌，使水中各部分温度均匀，同时使铠装晶体管温度传感器热传导加快，水温每升高10 C读取一下直流数字电压表读数V d并记入表1-1, 一直到100 C水沸腾为止，在直角坐标纸上绘出半导体二极管的结电压一一温度关系曲线。
2. 晶体管电子温度计的标定测量
将铠装晶体管温度传感器再放入0 C的冰水混和液中，调整晶体管电子温度计实验仪上的“零点”调节旋钮，使实验仪上的仪表指到零；然后将温度传感器放入100 C的开水中，调整实验仪上
的“满度”调节旋钮，使实验仪上的仪表指到100 C。
电热杯停止加热，将开水倒入另一烧杯中（电热杯再装入约半杯以上的水继续加热，为下一内容做准备），烧杯放在平台上，使水自然降温，水
温每下降10 C读取一次实验仪上的仪表读数，降温过程可向烧杯中逐渐加入少许冷水，用搅拌棒
充分搅拌使水温均匀下降，一直到10 C为止，将数据记入表1-2 ,计算标定相对误差：
叱100%，其中•咕ax为各标定点处实验仪上的仪表读数与标准温度计读数之差的最大100 C
值。
3. 晶体管温度传感器响应时间常数的测量
将晶体管温度传感器先放入0 C的冰水混和液中冷却，然后提出迅速放入100 C的开水中，同
时用秒表计时，观察晶体管电子温度计实验仪的仪表读数。
由式（1-5）可知，当实验仪的仪表分别指到63C、86C、95C、98 C时立即停止秒表计时，此时秒表指示值t即分别为1、2、3、4倍的时间常数.，重复测量3次记入表1-3,取平均值后计算响应时间常数一和.■:.,分析产生的原
因和减小厶.的方法。
参照图1-6画出晶体管的温度响应特性曲线。
【数据记录及处理】
根据表的数据，作出半导体二极管的结电压温度关系曲线，如下图：
由图中可以看出：当二极管电流一定时，在温度不太高的情况下，Vd与环境温度成正比，且:
3 =-1.8mV/ C
实验时，温度由100C开始下降，加入冰水进行测量，这样做使得90C时的误差明显大于温度低时
的误差
由表1-3作出晶体管的温度响应特性曲线，如下图：
【思考题】
1. 半导体三极管也是由PN结构成，请问用三极管能否制做成温度传感器？怎样设计？可以，使采用的三极
管发射结温度特性尽可能一致，改为温度传感器时，利用其发射结作为温度传感PN结，并将基极与集电极短接，这样可以改善发射结的恒流性。
2. 如果晶体管温度传感器不用恒流源供电，而采用恒压串电阻为传感器供电，请问它的电压――温度特性是
否为线性？为什么？
是线性的，因为在同一工作电流的条件下，元件的电压值随温度呈线性变化，在工作温度范围内温度-电压关系为一直线。
3. 晶体管温度传感器响应时间常数•的大小对晶体管电子温度计测温有何影响？分析减小时
间常数•的具体方法。
随时间常数■的缓慢增加温度逐渐增加到趋于平衡，所以晶体温度传感器响应时间常数
的大小对晶体管电子温度计测温的灵敏度有影响。
减小时间常数•大方法：填充材料采用
导热硅胶使响应速度加快。
【实验总结】
晶体管电子温度计的标定测量时，要使烧杯中的水自然冷却，如果加入冰水，可能会使温度降
低幅度增大，这样做会增大实验误差，本组实验时，刚开始没有控制好冰水的加入，使得90C的温度数据误差比其余温度的误差大很多。
【原始数据】。