科大奥瑞物理实验——半导体温度计实验

实验名称：半导体温度计实验

1. 实验目的：

1. 根据热敏电阻的伏安特性和电阻温度特性，根据设计要求制订设计方案，标定温度计。
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。

2. 实验器材：

热敏电阻
水浴锅
微安表
1.5V电池
滑线变阻器
万用表及表笔
单刀开关

3. 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。

图1 热敏电阻伏安特性曲线

图2 热敏电阻测温电路原理图

4. 实验内容与步骤

用半导体热敏电阻作为传感器，设计制作一台测温范围为20～70℃的半导体温度计，参考电路见图3。

图3 半导体温度计参考电路
1.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部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)要求长时间的测量（如几分钟）时，微安计的读数应稳定不变。
2.可提供的仪器和元件：
热敏电阻及恒温水浴箱、微安表、可调电阻器（3个）、四线电阻箱、1.5V电池、单刀开关、滑动变阻器、万用表及表笔等。

图4 微安表读数刻度盘
(7)用实际热敏电阻代替电阻箱，整个部分就是经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。

4.注意事项：
(1)所要定标的温度点，应从热敏电阻的电阻—温度表格中读取。
(2)要先调节并测量好可调电阻器的阻值以后，再进行实验线路的连接。

5. 实验记录

6. 数据处理及误差分析

T-R绘图得：

T-I绘图得：

7. 思考题及实验小结

1.此实验中存在的误差主要包括哪些？如何降低这些误差？
答：误差来源：
由于人为因素，无法及时调节电桥达到平衡，致使测得的热敏电阻阻值不准确，从而使R-T曲线存在误差。
实验中做了很多近似处理，从而使得到数据存在误差.
降低误差:由人为引起的误差，可通过多次测量取平均值，减小误差。
理论分析过程中，近似处理产生的误差，可通过调节个物理量的数值来实现

2.实验中为什么要先调节并测量好可调电阻器的阻值以后，再进行实验线路 的连接？
答：当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差，这种测量误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关。这样做使两个电阻从电路中断开从而能够准确得到两个电阻的阻值，如果没有这样做那么测量时会并连上别的电阻或测量的其他电阻的阻值。

实验小结：
在实验过程中使用电桥时，应避免R1，R2， R3同时调到零值附近测量。这样可能会出现较大的工作电流，测量精度也会下降。电桥的工作电压一般不超过3V，否则通过热敏电阻的电流过大，可能损坏热敏电阻。热敏电阻作为测量温度的敏感元件时，必需要求它的电阻值只随环境温度而变化，与通过的电流无关。因此，流经热敏电阻的电流-般选取其伏安特曲线的线性部分的五分之一;同时流过的电流越小越好。测量时，密切注视检流计G,若指针迅速偏转，说明通过G的电流很大，应迅速断开K1，以免烧坏检流计.注意绝对温度T与摄氏度t的关系。