半导体温度计的设计与制作(已批阅).

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（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。

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。

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℃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℃时，微安表指示为零；而温度为70℃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：0=G I 时，TR R R R 321= （1）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T R ,即G 的读数大小直接反映热敏电阻阻值，从而反映温度。

取21R R =。

0=G I 时，要求T R 处于下限，即13T R R =。

由于G T I I >>，()T T CD R R I V +=3。

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）由于21R R =，13T R R =，整理后有，⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=212121212212T T T T G T T T GCD R R R R R R R R I V R（3）1T R 为工作时测量温度量程的下限；2T R 为上限，此时T I 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－温度曲线。

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。

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。

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。

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（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。

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。

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，设计制作一个半导体温度计，温度测量范围：20~70 ℃。

要求选用半导体热敏电阻作为温度传感器，设计制作相应的测温电路，实现测量要求。

实验器材：烙铁、万用表、恒温水浴箱2个。

电路元件：热敏电阻（温度特性给定）、微安计（内阻 Rg 已知）、可变电阻箱、电位器5个、1.5V 电池、多档开关、待焊接的电路板、导线若干。

实验原理：温度测量常用的负温度系数（NTC ）热敏电阻器是以锰、钴、镍、铜等对温度非常敏感、负温度系数很大的金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的元件。

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

在温度下限 T1 时，要求微安计 Ig=0，此时热敏电阻值为 R T 。

如果设定电桥为对称电桥，取 R 1=R 2，则R 3=R T1，由此确定了R 3的值。

当温度增加时，热敏电阻的电阻值就会减小，电桥失去平衡，Ig≠0，在微安计中就有电流流过。

通过电路分析可以根据微安计的读数 I G 的大小计算出 R T 。

微安计中的电流的大小和温度变化存在一一对应的关系，因此就可以利用这种 “非平衡电桥”特性实现一定范围内温度变化的动态测量。

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。

由下表可以知道，R 3=R T1=2355Ω，R T2=4455Ω。

作出R-T表一：热敏电阻的R-T关系实验内容：1. 设计计算电路参数（1）绘制热敏电阻的电阻-温度曲线，并确定所设计的半导体温度计的下限温（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。