半导体温度计的计算机仿真.pdfVIP

第 22 卷 第 3 期 大 　学 　物 　理 　实 　验 　 Vol . 22 No . 3 2009 年 09 月出版 PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE Sep . 2009 ( ) 文章编号 :1007 - 2934 2009 04 - 0075 - 05 半导体温度计的计算机仿真 肖波齐 (三明学院 ,三明　365004) 摘 　要 :根据半导体热敏电阻与温度的关系 ,利用计算机进行仿真半导体温度计的实 验 ,得到了半导体温度计温度 —电流曲线 。 关键词 　半导体 :温度计 :计算机仿真 中图分类号 :TP391. 9 　　　　文献标识码 :A 1 　引言 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 ,环境的温度具有与环境温度同等重要意义 。 因此对温度的研究就显得尤为的重要 。温度传感器就是执行这一任务的器件[ 1] 。温度传 感器是最早开发 ,应用最广的一类传感器 。根据美国仪器学会的调查 ,1990 年 ,温度传感 器的市场份额大大超过了其它的传感器 。从 17 世纪初伽利略发明温度计开始 ,人们开始 利用温度进行测量 。真正把温度变成电信号的传感器是 182 1 年由德国物理学家赛贝发 ( ) 明的 ,这就是后来的热电偶传感器 。在温度不太低或不太高 如从 - 20 ℃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[ 1] [2 ] 。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 。本实验的目的是了解半导体温度计的基本原理并设计半导 体温度计与非平衡电桥的工作原理及其在非电量电测量中的应用 。 2 　实验原理 热敏电阻由半导体材料制成 ,其基本特性是温度特性 。它对温度的变化十分敏感 ,当 温度变化为 1 度时 ,金属材料的电阻值仅变化 0 . 4 % ,而热敏电阻值变化可达 3 %～6 % 。 热敏电阻的体积可以做得很小 ,其中 RC3 型珠状热敏电阻的大小仅与芝麻颗粒的大小相 当 ,其电阻值可以做成几百欧姆到几千欧姆不等 。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 收稿 日期 :2009 - 02 - 28 ( ) ( ) 福建省省属高校科研专项基金项 目 J K2009039 ,三明学院科学研究发展基金 B0704/ Q ,福建省教育厅 ( ) ( ) 科技项 目 JA07167 ,三明学院服务海西建设重点工程项 目 HX200804 — 75 — 其温度 ,这种测量方法通常叫做非电量电测法[ 1] [2 ] 。半导体热敏电阻的阻值与温度的关 系为 Rt = A exp ( 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 。电 阻温度特性曲线为图 1 : 图 1 　热敏电阻的电阻—温度曲线 　　　　图2 　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2 所示 。 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