实验12 温度传感器特性和半导体制冷温控实验

1、实验12温度传感器特性和半导体制冷温控实验【实验目的】1、了解半导体制冷和制热原理。2、测量NTC热敏电阻、PTC热敏电阻及集成温度传感器的温度特性【实验原理】1、半导体制冷和制热原理如图1所示，由X和Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路，通上电 源之后，冷端的热量移到热端，导致冷端温度降低，热端温度升高，这就是 帕尔贴效应。实际的半导体制冷片结构如图2所示，由许多N型P型办斗提 之颗粒互相排列而成，而NP之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常 是铜、铝或其他导体，最后由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来，陶瓷片必 须绝缘且导热良好。股箱哩甲甜-，2、温度控制原理实验样品结构如下图所述，将半导

2、体制冷片一面与铝制散热器津贴，并 用风扇强行散热，使其与环境温度接近。另一面与实验样品室紧贴，试验样 品室采用优质导热材料，并装上温度传感器，温度传感器测量实验样品室的 温度，由该温度与仪器设定的温度相比较，通过微型处理器确定半导体制冷 片工作方式，即制冷或制热，由温度差确定制冷或制热的策略，即在不同的 温度差之下，输出不同的制冷或制热功率，并以适当的速度改变温度的变化， 从而实现实验样品室的温度控制，保持温度的稳定。微型处理器工作框图如 图3.半导体倒冷片温度溥感器 实瓶度 LM35扯理器MPU电压输出）实耦湿度 数码显示实胶 样品备设定温度3、NTC电阻器的温度系数（负温度系数）一一温度特

3、性NTC热敏电阻通常具有很大的负温度系数，在一定的温度范围内，NTC 热敏电阻的阻值与温度的关系满足下列经验公式：r=Re（ 1 - T）（1）式中，R为该热敏电阻在热力学温度T时的电阻值，R0为热敏电阻处于热力学温度T时的阻值，B是材料的常数，它不仅与材料性质有关，而且与温度 0有关，在一个不太大的温度范围内，B是常数。由（1）式得该热敏电阻在T时的电阻温度系数a（2）B a =T 2进一步得到11、InR = B （ ） + InR TT 00在一定温度范围内，可以用作图法或最小二乘法求得B的值，并进一步求得 a的值。4、热敏电阻器PTC的温度系数（正温度系数）一一温度特性PTC电阻的温度

4、大于突变点的温度时的阻值随温度变化符合以下经验公式：R = R eA（TT0（3）0其中，R为该热敏电阻在热力学温度T时的电阻值，R0为热敏电阻处于热力学温 度T时的阻值，A的值在某一温度范围内近似为常数。0对陶瓷PTC热敏电阻，在小于突变点温度时，电阻与温度的关系则满足（1） 式，在大于突变点温度时，满足（3）式，为正温度系数热敏电阻，此突变温度 通常称为居里点。5、集成温度传感器的特性温度特性AD590集成电路温度传感器是由多个参数相同的三极管和电阻组成。该器件 的两引出端当加有一定直流工作电压时，它的输出电流与温度通常满足以下关系 式：I = B0 + A（4）式中，I为输出电流，单位的

5、，9为摄氏温度，B为斜率（一般AD590的B=1A/oC）， A为摄氏零度的电流值，该值恰好与冰点的热力学温度273K相对应。【实验仪器】万用表一只、WT-1A温度传感器特性和半导体制冷温控实验装置一台、STC半导 体制冷温度控制仪一台、导线若干。【实验步骤】1、测量NTC热敏电阻器的电阻与温度关系特性，计算热敏电阻材料常数B1）当仪器测量保温箱中的温度保持不变时，改变仪器温控设定的温度，每 当温度到达稳定时，测量一组T和R，要求温度从0到60摄氏度范围内 测出8-10组数据。2）最小二乘法求出材料常数B。3）用公式（2）计算电阻在T=20OC时的a。2、测量NTC热敏电阻器的电阻与温度关系特

6、性，计算热敏电阻材料常数A1）当仪器测量保温箱中的温度保持不变时，改变仪器温控设定的温度，每当 温度到达稳定时，测量一组T和R，要求温度从0到60摄氏度范围内测出8-10 组数据。2）最小二乘法求出材料常数A。3）用公式（2）计算电阻在T=20C时的a。3、测量AD590集成电路温度传感器的电流与温度T的关系1）正确接线，测量AD590集成电路温度传感器的电流I和温度T的关系，取 样电阻R阻值为1000欧姆。2）当仪器测量保温箱中的温度保持不变时，改变仪器温控设定的温度，每当 温度到达稳定时，测量一组T和R，要求温度从0到60摄氏度范围内测出8-10 组数据。3）把实验数据用最小二乘法进行直线

7、拟合，求斜率B和截距A相关系数r。 【实验数据处理】1、实验数据记录见表1T/CT/K11 、(T T293K/(1/ K)(T T)/ KRnc / QRp* / Q九590/ 7表1I/ A20.0293.00.00.0970.0370.80.5876587.624.9297.9-5.6 X10-54.91059377.40.5932693.229.8302.8-1.1x10 - 49.81078390.80.6016601.634.7307.7-1.6 x10-414.71126422.00.6100610.039.5312.5-2.1 x10-419.5926.0465.00.6186

8、618.644.4317.4-2.6 x10-424.41007487.60.6272627.249.3322.3-3.1 x10-429.31290511.00.6360636.054.2327.5-3.6 x10-434.21066568.00.6446644.62、作图:1）NTC电阻器LnR-A1/T关系图见图4.图4 NTC电阻器LnR-1/T关系图2) PTC电阻器LnR-AT关系图见图5图5 PTC电阻器LnR-T关系图6.4 * 6.3y = 0.0227x + 5.8631- TOC o 1-5 h z UR2 = 0.9422=-J 6.2.6.1 6 5.95.8 111110510152025T/K3)AD590输出电流I-温度T关系图见图6图6 AD590输出电流I-温度T关系图T/C3、相关物理量的计算NTC电阻器：由图4可知，材料常数B=-152020吒时的电阻温度系数a=0.0177PTC电阻器：由图5可知，材料常数A=0.022720吒时的电