溫度系數(shù)測量

1、Ch3電子材料與元件溫度系數(shù)的測量主要內(nèi)容溫度特性的概念溫度特性的概念實驗溫度的獲得和測量準(zhǔn)確度的分析實驗溫度的獲得和測量準(zhǔn)確度的分析電阻溫度系數(shù)的測量電阻溫度系數(shù)的測量電容溫度系數(shù)的測量電容溫度系數(shù)的測量一、溫度特性的概念物理參數(shù)物理參數(shù)溫度溫度材料結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)和工藝和工藝 電子材料以及由電子材料制成的元器件其物理參數(shù)隨溫度變化電子材料以及由電子材料制成的元器件其物理參數(shù)隨溫度變化的現(xiàn)象稱為溫度特性。的現(xiàn)象稱為溫度特性。隨溫度變隨溫度變化規(guī)律的化規(guī)律的多樣多樣 由于溫度特性變化規(guī)律的多樣性，因此由于溫度特性變化規(guī)律的多樣性，因此 不能用簡單的數(shù)學(xué)表不能用簡單的數(shù)學(xué)表達式將其表征，通常采用測量

2、方法確定。達式將其表征，通常采用測量方法確定。電子材料溫度特性的表征可采用下面三種形式：電子材料溫度特性的表征可采用下面三種形式：(1)電阻或電容電阻或電容(或介電系數(shù)或介電系數(shù))的溫度系數(shù)。的溫度系數(shù)。 參數(shù)：參數(shù)：R，c，s(2)極限溫度下電阻值或電容量極限溫度下電阻值或電容量(或介電系數(shù)或介電系數(shù))變化百分率。變化百分率。(3)阻值或容量溫度循環(huán)漂移。阻值或容量溫度循環(huán)漂移。一、溫度特性的概念1.電阻溫度系數(shù)：電阻溫度系數(shù)： 在某一規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，溫度每改變一度電阻值的相對變化率。在某一規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，溫度每改變一度電阻值的相對變化率。用每度百萬分之幾或用每度百萬分之幾或1e

3、-6/C或或ppm /C表示。表示。R1，R2分別是分別是t1，t2時的電阻，時的電阻， t1通常是標(biāo)準(zhǔn)條件下的溫度通常是標(biāo)準(zhǔn)條件下的溫度(20 5C)實際溫度系數(shù)的大小和符號是隨溫度改變而變化的，因此電阻器或材料電阻溫度系數(shù)是在使用范圍內(nèi)，任意溫度間的溫度系數(shù)平均值。 一、溫度特性的概念R =TKR=(1/R)(dR/dt)TKR平均平均=(1/R1) (R2-R1)/ (t2-t1) 1e6(ppm /C)一、溫度特性的概念對于溫度特性是線性或近似線性，可通過下列溫度下達到熱穩(wěn)定后測量對于溫度特性是線性或近似線性，可通過下列溫度下達到熱穩(wěn)定后測量確定溫度系數(shù)。確定溫度系數(shù)。最高環(huán)境最高環(huán)境

4、溫度溫度205C最低環(huán)境最低環(huán)境溫度溫度205C最后測的溫度系數(shù)最后測的溫度系數(shù)R =R/(Rt)1e6（1e-6/C）。）。式中式中R是是(a)和和(c)溫度下的阻值，溫度下的阻值，R是是(b)和和(a)或或(d)和和(c)溫度下的阻值之差。溫度下的阻值之差。t是是(b)和和(a)或或(d)和和(c)的實測溫度之差。的實測溫度之差。(a)(b)(c)(d)一、溫度特性的概念對于溫度特性是非線性，根據(jù)電阻器允許的環(huán)境溫度范圍，依次在下列對于溫度特性是非線性，根據(jù)電阻器允許的環(huán)境溫度范圍，依次在下列溫度下使樣品達到熱穩(wěn)定后測量其阻值。溫度下使樣品達到熱穩(wěn)定后測量其阻值。表表3-1所列所列各溫度點

5、各溫度點205C表表3-1所列所列各溫度點各溫度點205C(a)(b)(c)(d)相鄰兩點間的電阻溫度系數(shù)為：相鄰兩點間的電阻溫度系數(shù)為： R =R/(Rt)1e6（1e-6/C）式中式中R/R 是相鄰兩點間的阻值相對變化值，是相鄰兩點間的阻值相對變化值，t是相鄰兩點的實測溫度差。是相鄰兩點的實測溫度差。一、溫度特性的概念對于溫度特性是非線性，且近似拋物線時，依次在下列溫度下使樣品達對于溫度特性是非線性，且近似拋物線時，依次在下列溫度下使樣品達到熱穩(wěn)定后測量其阻值。到熱穩(wěn)定后測量其阻值。200.1CR20400.1CR40100.1CR10(a)(b)(c)一、溫度特性的概念電阻器的一次溫度系

6、數(shù)電阻器的一次溫度系數(shù)20和二次溫度系數(shù)和二次溫度系數(shù)20分別按下式進行計算。分別按下式進行計算。20=(40-410)/60 1e620 =(40-210)/600 1e6式中：式中：40=(R40-R20)/R20 為溫度由為溫度由20變?yōu)樽優(yōu)?0時的阻值相對變化；時的阻值相對變化；10=(R10-R20)/R20為溫度由為溫度由20變?yōu)樽優(yōu)?0時的阻值相對變化。時的阻值相對變化。一、溫度特性的概念2.電容溫度系數(shù)：電容溫度系數(shù)： 在極限溫度范圍內(nèi)，溫度每改變一度，容量的相對變化率。在極限溫度范圍內(nèi)，溫度每改變一度，容量的相對變化率。ac=TKC=dC/(Cdt) 或介電系數(shù)溫度系數(shù)：或介

7、電系數(shù)溫度系數(shù)：a=TK=d/(dt)同樣由于溫度系數(shù)變化的非線性，故采用容量的平均溫度系數(shù)同樣由于溫度系數(shù)變化的非線性，故采用容量的平均溫度系數(shù)ac=(C2-C1)/C1(t2-t1) 1e6（ 1e-6/C ）C1為室溫為室溫t1下測得的容量；下測得的容量；C2為極限溫度下測得的容量。為極限溫度下測得的容量。一、溫度特性的概念3.極限溫度下阻值或容量變化百分率是對變化為非線性產(chǎn)品，確定其在極限溫度下阻值或容量變化百分率是對變化為非線性產(chǎn)品，確定其在極限溫度下的阻值或容量相對于極限溫度下的阻值或容量相對于20 2C時，阻值或容量的相對變化時，阻值或容量的相對變化率：率： 阻值變化率阻值變化率

8、 R%=(R1-R0)/R0 100% 容量變化率容量變化率 C%=(C1-C0)/C0 100% 式中：式中：R1、C1為在極限溫度下測得的阻值和容量；為在極限溫度下測得的阻值和容量； R0、C0為在為在20 2C下測得的阻值和容量下測得的阻值和容量一、溫度特性的概念4.阻值或容量溫度循環(huán)漂移：阻值或容量溫度循環(huán)漂移： 是確定電阻和電容器經(jīng)受正、負(fù)溫度循環(huán)期間或溫度循環(huán)之后，阻是確定電阻和電容器經(jīng)受正、負(fù)溫度循環(huán)期間或溫度循環(huán)之后，阻值或容量相對于室溫的最大相對不可逆變化。有時稱為阻值和容量穩(wěn)定值或容量相對于室溫的最大相對不可逆變化。有時稱為阻值和容量穩(wěn)定性系數(shù)。性系數(shù)。測量條件如下：測量條

9、件如下：最低環(huán)境最低環(huán)境溫度溫度3C202C最高環(huán)境最高環(huán)境溫度溫度2C202C(a)(b)(c)(d)202C(e)阻值和容量溫度漂移為：阻值和容量溫度漂移為：一、溫度特性的概念（a）阻值負(fù)溫度循環(huán)漂移）阻值負(fù)溫度循環(huán)漂移容值負(fù)溫度循環(huán)漂移容值負(fù)溫度循環(huán)漂移（b）阻值正溫度循環(huán)漂移）阻值正溫度循環(huán)漂移容值正溫度循環(huán)漂移容值正溫度循環(huán)漂移（c）阻值正、負(fù)溫度循環(huán)漂移）阻值正、負(fù)溫度循環(huán)漂移容值正、負(fù)溫度循環(huán)漂移容值正、負(fù)溫度循環(huán)漂移Ra、Ca、Rc、Cc、Re、Ce分分別為在別為在a、c、e點所測得的阻值點所測得的阻值和容量，通常選和容量，通常選用上述一組或最用上述一組或最大的大的值值我國用溫

10、度系數(shù)來表征溫度特性。我國用溫度系數(shù)來表征溫度特性。二、實驗溫度的獲得和測量準(zhǔn)確度的分析當(dāng)實驗溫度高于室溫：當(dāng)實驗溫度高于室溫：200300精度精度 1空氣循環(huán)空氣循環(huán)當(dāng)溫度控制精度要求更精確采用超級恒溫箱，采用熱水或油循環(huán)調(diào)節(jié)溫當(dāng)溫度控制精度要求更精確采用超級恒溫箱，采用熱水或油循環(huán)調(diào)節(jié)溫度，溫度控制精度在度，溫度控制精度在 0.1二、實驗溫度的獲得和測量準(zhǔn)確度的分析當(dāng)實驗溫度低于室溫：當(dāng)實驗溫度低于室溫：可采用冰箱、低溫箱或冷凍設(shè)備。簡易制冷可采用鹽冰混合物、干冰加可采用冰箱、低溫箱或冷凍設(shè)備。簡易制冷可采用鹽冰混合物、干冰加不同比例酒精或液氮。不同比例酒精或液氮。典型電阻及電容與溫度的關(guān)

11、系典型電阻及電容與溫度的關(guān)系二、實驗溫度的獲得和測量準(zhǔn)確度的分析電阻器阻值與溫度關(guān)系電阻器阻值與溫度關(guān)系電容器容值與溫度關(guān)系電容器容值與溫度關(guān)系實際測量由于采用平均溫度系數(shù)，這是造成溫度系數(shù)測量實際測量由于采用平均溫度系數(shù)，這是造成溫度系數(shù)測量誤差的重要原因。誤差的重要原因。當(dāng)絕對誤差一定時，當(dāng)絕對誤差一定時， t選擇越大，溫度造成的誤差降低，從而使溫選擇越大，溫度造成的誤差降低，從而使溫度系數(shù)的測量誤差小。度系數(shù)的測量誤差小。二、實驗溫度的獲得和測量準(zhǔn)確度的分析不同的不同的t下溫度系數(shù)誤差與溫度測量下溫度系數(shù)誤差與溫度測量誤差的關(guān)系誤差的關(guān)系不同的不同的t下不同阻值測量準(zhǔn)下不同阻值測量準(zhǔn)確度

12、對溫度系數(shù)誤差的影響確度對溫度系數(shù)誤差的影響減小誤差的方法減小誤差的方法: :二、實驗溫度的獲得和測量準(zhǔn)確度的分析（1）采用鼓風(fēng)加熱設(shè)備或熱容比較大的媒質(zhì)進行熱傳導(dǎo)，）采用鼓風(fēng)加熱設(shè)備或熱容比較大的媒質(zhì)進行熱傳導(dǎo)，提高溫度均勻性；提高溫度均勻性；（2）對箱體內(nèi)溫度分布進行測量，采用校正曲線修正溫度）對箱體內(nèi)溫度分布進行測量，采用校正曲線修正溫度隨位置的分布；隨位置的分布；（3）控制升溫速度來減少熱惰性的影響，通常規(guī)定每分鐘）控制升溫速度來減少熱惰性的影響，通常規(guī)定每分鐘不超過不超過4C；（4）采用靈敏傳感器，如電阻溫度計等，配合）采用靈敏傳感器，如電阻溫度計等，配合PID控制，控制，提高控制靈

13、敏度和精度。提高控制靈敏度和精度。三、電阻溫度系數(shù)測量電阻溫度系數(shù)的測量方法電阻溫度系數(shù)的測量方法: :1.間接測量法間接測量法間接測量通常采用兩箱法：間接測量通常采用兩箱法： 將電阻樣品置于規(guī)定的將電阻樣品置于規(guī)定的T1、T2下達到熱平衡，利用上面章節(jié)介下達到熱平衡，利用上面章節(jié)介紹的各種電阻測量儀，分別測量其阻值，然后按照溫度系數(shù)定義紹的各種電阻測量儀，分別測量其阻值，然后按照溫度系數(shù)定義及公式計算得到。及公式計算得到。直接測量通常采用不平衡電橋或極限電橋原理：直接測量通常采用不平衡電橋或極限電橋原理： 圖中所示為極限電橋，其橋接網(wǎng)絡(luò)實際上就是惠斯頓電橋，其不同之處在于圖中所示為極限電橋，

14、其橋接網(wǎng)絡(luò)實際上就是惠斯頓電橋，其不同之處在于有一靈敏的零點指示器和一精密電位器。有一靈敏的零點指示器和一精密電位器。 工作原理：正常工作下，精密電位器調(diào)節(jié)置于中間位置。常溫時改變工作原理：正常工作下，精密電位器調(diào)節(jié)置于中間位置。常溫時改變RN來平衡來平衡 Rx；當(dāng)溫度升高時，；當(dāng)溫度升高時，Rx阻值改變，這是用精密電位器來補償，因此，可根據(jù)阻值改變，這是用精密電位器來補償，因此，可根據(jù)電位器改變的數(shù)值直接讀出電阻器電位器改變的數(shù)值直接讀出電阻器Rx的溫度系數(shù)。的溫度系數(shù)。三、電阻溫度系數(shù)測量2.直接測量法直接測量法電阻溫度系數(shù)的測量方法電阻溫度系數(shù)的測量方法: :極限電橋原理極限電橋原理精密

15、電精密電位器位器三、電阻溫度系數(shù)測量電位器每邊有電位器每邊有500500個刻度，其阻值為個刻度，其阻值為500500，所以電位器每改變一個刻度則，所以電位器每改變一個刻度則代表代表0.01%0.01%的改變量，最大可讀的改變量，最大可讀5%5%的的電阻值相對變化量。因此，當(dāng)確定溫度電阻值相對變化量。因此，當(dāng)確定溫度改變量改變量TT后可直接將刻度盤標(biāo)記為電后可直接將刻度盤標(biāo)記為電阻溫度系數(shù)值。阻溫度系數(shù)值。電阻溫度系數(shù)的測量方法電阻溫度系數(shù)的測量方法: :變化范圍變化范圍9.5K-10.5K四、電容溫度系數(shù)測量電容器溫度系數(shù)的測量方法電容器溫度系數(shù)的測量方法: :電容器溫度系數(shù)測量有：兩箱法和差

16、頻諧振原理方法。電容器溫度系數(shù)測量有：兩箱法和差頻諧振原理方法。一般采用第二種方法，因為一般采用第二種方法，因為CC變化很小，用一般方法測量誤變化很小，用一般方法測量誤差大，且不方便，采用差頻法簡單易行，測量精度也較高。差大，且不方便，采用差頻法簡單易行，測量精度也較高。原理：將被測電容接入測量振蕩器的振蕩回路，與另一參數(shù)原理：將被測電容接入測量振蕩器的振蕩回路，與另一參數(shù)振蕩器進行差拍。因被測電容器未接入時，兩振蕩器頻率相等振蕩器進行差拍。因被測電容器未接入時，兩振蕩器頻率相等，差拍得到零差。接入被測電容器后，兩振蕩器差拍失去零差，差拍得到零差。接入被測電容器后，兩振蕩器差拍失去零差，只有減

17、小測量振蕩回路中的標(biāo)準(zhǔn)可變電容器容量才使之恢復(fù)，只有減小測量振蕩回路中的標(biāo)準(zhǔn)可變電容器容量才使之恢復(fù)零差，則標(biāo)準(zhǔn)電容器減少之容量為待測電容器容量。零差，則標(biāo)準(zhǔn)電容器減少之容量為待測電容器容量。四、電容溫度系數(shù)測量差頻法原理圖差頻法原理圖由于電容的溫度特性，當(dāng)被測電容在不同溫度時，得到零差由于電容的溫度特性，當(dāng)被測電容在不同溫度時，得到零差時標(biāo)準(zhǔn)電容器減小的電容值不同，因此可利用此來確定待測電時標(biāo)準(zhǔn)電容器減小的電容值不同，因此可利用此來確定待測電容器的溫度系數(shù)。容器的溫度系數(shù)。（1）在溫度）在溫度T1時，零差標(biāo)準(zhǔn)可變電容讀數(shù)為時，零差標(biāo)準(zhǔn)可變電容讀數(shù)為C1，回路，回路總電容總電容C1+Cx；。；

18、。因回路諧振頻率不變，所以因回路諧振頻率不變，所以 C2+Cx+ C= C1+Cx又因又因 2=1/(L(C1+Cx)所以所以 Cx=1/(2L)-C1則則 TKC= C/(Cx T)= C2L/ ( T(1-2LC1)四、電容溫度系數(shù)測量（2）在溫度）在溫度T2時，改變標(biāo)準(zhǔn)可變電容，使之恢復(fù)零差，時，改變標(biāo)準(zhǔn)可變電容，使之恢復(fù)零差，此時電容讀數(shù)為此時電容讀數(shù)為C2，回路總電容，回路總電容C2+Cx+ C；。；。另外可利用振蕩頻率的變化測量溫度系數(shù)另外可利用振蕩頻率的變化測量溫度系數(shù)回路諧振頻率與其參數(shù)存在下面關(guān)系：回路諧振頻率與其參數(shù)存在下面關(guān)系：當(dāng)當(dāng)Cx變化很小時，變化很小時，CxCx+C

19、，可以求出，可以求出Cx的增量的增量Cx四、電容溫度系數(shù)測量因為因為L給定，只要使（給定，只要使（C+Cx）為一常數(shù)，則）為一常數(shù)，則Cx和和f就存在固定的線就存在固定的線性關(guān)系。性關(guān)系。 根據(jù)電容溫度系數(shù)可知根據(jù)電容溫度系數(shù)可知四、電容溫度系數(shù)測量式中式中K為一常數(shù)為一常數(shù)KY在同一測量波段內(nèi)，當(dāng)在同一測量波段內(nèi)，當(dāng)Cx在在2C附近變化時，也可視為常數(shù)附近變化時，也可視為常數(shù)測試誤差曲線測試誤差曲線測試從圖可以看出，在測試從圖可以看出，在1.6C Cx 2.4C范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，Y可近似認(rèn)為可近似認(rèn)為是一常數(shù)，其誤差不大于是一常數(shù)，其誤差不大于1%；在在1.4C Cx 2.8C范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，Y可近似認(rèn)為是一常數(shù)，其誤差不可近似認(rèn)為是一常數(shù)，其誤差不大于大于2%，因此可以認(rèn)為，因此可以認(rèn)為ac和和f之間近似地存在著固定的線性之間近似地存在著固定的線性關(guān)系，只要測出關(guān)系，只要測出f值，就可確知被測電容溫度系數(shù)。值，就可確知被測電容溫度系數(shù)。四、電容溫度系數(shù)測量頻率法測試步驟頻率法測試步驟a.在溫度在溫度T1下，接入被測電容器下，接入被測電容器Cx到振蕩器回路，調(diào)諧電容到振蕩器