Współczynnik temperaturowy oporu: wzór i metoda pomiaru

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





W elektrotechnice lub elektronice, gdy przepływ prądu przez drut, to nagrzewa się z powodu przewodu odporność . W idealnym stanie opór musi wynosić „0”, jednak tak się nie dzieje. Gdy drut się nagrzewa, rezystancja drutu zmienia się w zależności od temperatury. Mimo że preferowane jest, aby opór był stabilny i niezależny od Temperatura . Tak więc zmiana oporu dla każdego stopnia zmiany w temperaturze jest określana jako współczynnik temperaturowy oporu (TCR). Zwykle jest oznaczony symbolem alfa (α). TCR czystego metalu jest dodatnia, ponieważ wraz ze wzrostem temperatury opór wzrośnie. Dlatego konieczne jest tworzenie bardzo dokładnych rezystancji wszędzie tam, gdzie opór nie modyfikuje stopów.

Jaki jest współczynnik temperaturowy oporu (TCR)?

Wiemy, że jest wiele materiałów i mają one pewien opór. Odporność materiału zmienia się w zależności od zmian temperatury. Główną zależność między modyfikacją temperatury a modyfikacją rezystancji można określić za pomocą parametru zwanego TCR (współczynnik temperaturowy rezystancji). Jest oznaczony symbolem α (alfa).




W oparciu o dostępny materiał, TCR dzieli się na dwa typy, takie jak dodatni temperaturowy współczynnik rezystancji (PTCR) i ujemny temperaturowy współczynnik rezystancji (NTCR).

współczynnik temperaturowy oporu

współczynnik temperaturowy oporu



W PTCR, gdy temperatura wzrośnie, wówczas rezystancja materiału wzrośnie. Na przykład w przewodnikach, gdy temperatura wzrasta, wzrasta również rezystancja. W przypadku stopów, takich jak konstantan i manganina, opór jest dość niski w określonym zakresie temperatur. Dla półprzewodniki takie jak izolatory (guma, drewno), krzem i german i elektrolity. opór zmniejsza się, a następnie temperatura wzrośnie i mają ujemny TCR.

W przewodach metalowych, gdy temperatura wzrośnie, wówczas rezystancja wzrośnie z powodu następujących czynników, które obejmują następujące.

  • Prosto na wczesny opór
  • Wzrost temperatury.
  • Na podstawie żywotności materiału.

Wzór na współczynnik oporu temperaturowego

Opór przewodnika można obliczyć w dowolnej określonej temperaturze na podstawie danych dotyczących temperatury, wartości TCR, jego rezystancji w typowej temperaturze i temperatury działania. Ogólnie rzecz biorąc, współczynnik temperaturowy wzoru oporu można wyrazić jako


R = Rref(1 + α (T - Tref))

Gdzie

„R” jest oporem w temperaturze „T”

„Rref”Oznacza opór w temperaturze„ Tref ”

„Α” to TCR materiału

„T” oznacza temperaturę materiału w ° Celsjusza

„Tref” to stosowana temperatura odniesienia, dla której podany jest współczynnik temperatury.

Plik Jednostka SI współczynnika temperaturowego rezystywności jest na stopień Celsjusza lub (/ ° C)

Plik jednostka współczynnika temperaturowego oporu wynosi ° Celsjusza

Zwykle TCR (współczynnik temperaturowy rezystancji) jest zgodny z temperaturą 20 ° C. Zatem normalnie ta temperatura jest traktowana jako normalna temperatura pokojowa. Więc współczynnik temperaturowy wyprowadzenia rezystancji zwykle bierze to do opisu:

R = R20 (1 + α20 (T − 20))

Gdzie

„R20” oznacza rezystancję w temperaturze 20 ° C

„Α20” to TCR w temperaturze 20 ° C

TCR z rezystory jest dodatnia, ujemna w przeciwnym razie stała w ustalonym zakresie temperatury. Wybór odpowiedniego rezystora może wyeliminować potrzebę kompensacji temperatury. W niektórych zastosowaniach wymagany jest duży TCR. Rezystory przeznaczone do tych zastosowań są znane jako termistory , które mają PTC (dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji) lub NTC (ujemny temperaturowy współczynnik rezystancji).

Dodatni współczynnik temperaturowy oporu

PTC odnosi się do niektórych materiałów, których temperatura wzrasta, a następnie wzrasta również opór elektryczny. Materiały, które mają wyższy współczynnik, wykazują wtedy szybki wzrost temperatury. Materiał PTC jest zaprojektowany tak, aby osiągnąć najwyższą temperaturę stosowaną dla danego napięcia i / p, ponieważ w konkretnym punkcie, w którym temperatura wzrasta, opór elektryczny wzrośnie. Dodatni współczynnik temperaturowy materiałów oporowych ogranicza się naturalnie, w przeciwieństwie do materiałów NTC lub liniowego ogrzewania oporowego. Niektóre materiały, takie jak guma PTC, mają również wykładniczo rosnący współczynnik temperaturowy

Ujemny współczynnik temperaturowy rezystancji

NTC odnosi się do niektórych materiałów, których temperatura wzrasta, a opór elektryczny zmniejsza się. Materiały o niższym współczynniku wykazują szybki spadek wraz z temperaturą. Materiały NTC są używane głównie do produkcji ograniczników prądu, termistorów i czujniki temperatury .

Metoda pomiaru TCR

TCR rezystora można określić poprzez obliczenie wartości rezystancji w odpowiednim zakresie temperatur. TCR można zmierzyć, gdy normalne nachylenie wartości rezystancji jest powyżej tego przedziału. W przypadku zależności liniowych jest to precyzyjne, ponieważ współczynnik temperaturowy rezystancji jest stabilny w każdej temperaturze. Ale istnieje kilka materiałów, które mają współczynnik taki jak nieliniowy. Na przykład Nichrom jest popularnym stopem używanym na rezystory, a główna zależność między TCR a temperaturą nie jest liniowa.

Ponieważ TCR jest mierzony jak normalne nachylenie, bardzo ważne jest określenie przedziału TCR i temperatury. TCR można obliczyć przy użyciu standardowej metody, takiej jak MIL-STD-202, dla zakresu temperatur od -55 ° C do 25 ° C i 25 ° C do 125 ° C. Ponieważ maksymalna obliczona wartość jest identyfikowana jako TCR. Ta technika często działa powyżej wskazując rezystor przeznaczony do mało wymagających zastosowań.

Współczynnik temperaturowy rezystancji dla niektórych materiałów

Poniżej wymieniono TCR niektórych materiałów w temperaturze 20 ° C.

  • Dla materiału Silver (Ag) TCR wynosi 0,0038 ° C
  • W przypadku miedzi (Cu) TCR wynosi 0,00386 ° C
  • Dla materiału Gold (Au) TCR wynosi 0,0034 ° C
  • Dla materiału Aluminium (Al) TCR wynosi 0,00429 ° C
  • W przypadku materiału wolframowego (W) TCR wynosi 0,0045 ° C
  • Dla materiału żelaza (Fe) TCR wynosi 0,00651 ° C
  • W przypadku materiału Platinum (Pt) TCR wynosi 0,003927 ° C
  • Dla materiału manganina (Cu = 84% + Mn = 12% + Ni = 4%) TCR wynosi 0,000002 ° C
  • Dla materiału rtęci (Hg) TCR wynosi 0,0009 ° C
  • Dla materiału Nichrom (Ni = 60% + Cr = 15% + Fe = 25%) TCR wynosi 0,0004 ° C
  • Dla materiału Constantan (Cu = 55% + Ni = 45%) TCR wynosi 0,00003 ° C
  • Dla materiału węglowego (C) TCR wynosi - 0,0005 ° C
  • W przypadku materiału zawierającego german (Ge) TCR wynosi - 0,05 ° C
  • Dla materiału silikonowego (Si) TCR wynosi - 0,07 ° C
  • Dla materiału mosiądzu (Cu = 50 - 65% + Zn = 50 - 35%) TCR wynosi 0,0015 ° C
  • Dla materiału niklowego (Ni) TCR wynosi 0,00641 ° C
  • W przypadku materiału cyna (Sn) TCR wynosi 0,0042 ° C
  • Dla materiału cynkowego (Zn) TCR wynosi 0,0037 ° C
  • W przypadku materiału manganowego (Mn) TCR wynosi 0,00001 ° C
  • Dla materiału Tantal (Ta) TCR wynosi 0,0033 ° C

Eksperyment TCR

Plik współczynnik temperaturowy eksperymentu rezystancji wyjaśniono poniżej.

Cel

Głównym celem tego eksperymentu jest odkrycie TCR danej cewki.

Aparat

Aparatura tego eksperymentu obejmuje głównie przewody łączące, mostek Carey Foster, skrzynkę oporową, akumulator ołowiu, klucz jednokierunkowy, nieznany niski rezystor, dżokej, galwanometr itp.

Opis

Most zastępczy Carey jest głównie podobny do mostu metrowego, ponieważ ten most może być zaprojektowany z 4 rezystorami, takimi jak P, Q, R i X, które są ze sobą połączone.

most z kamienia pszenicznego

Most Wheatstone'a

W powyższym Most Whetstone'a , galwanometr (G), akumulator ołowiowy (E) i klucze galwanometru i akumulatora to odpowiednio K1 i K.

Jeśli wartości rezystancji ulegną zmianie, nie ma przepływu prądu przez „G”, a nieznaną rezystancję można określić za pomocą jednej z trzech znanych rezystancji, takich jak P, Q, R i X. Do określenia nieznanego oporu stosuje się następującą zależność.

P / Q = R / X

Most zastępczy Careya może być użyty do obliczenia różnicy między dwoma prawie równymi oporami i znając jedną wartość, można obliczyć drugą wartość. W tego rodzaju mostach w obliczeniach usuwane są ostatnie rezystancje. Jest to korzyść i dlatego można go łatwo wykorzystać do obliczenia znanego oporu.

carey-foster-bridge

Carey-foster-bridge

Równe opory, takie jak P i Q, są połączone w wewnętrznych szczelinach 2 i 3, typowy opór „R” można połączyć w szczelinie 1, a „X” (nieznany opór) jest połączony w szczelinie4. ED to długość wyważania, którą można obliczyć z końca „E”. Zgodnie z zasadą Whetstone Bridge

P / Q = R + a + l1ρ / X + b + (100- l1) ρ

W powyższym równaniu a i b to modyfikacje końca na końcu E i F, a rezystancja długości każdej jednostki w przewodzie mostkowym. Jeżeli to badanie jest ciągłe poprzez zmianę X i R, długość wyważania „l2” jest obliczana na podstawie końca E.

P / Q = X + a + 12 ρ / R + b + (100-12) ρ

Z powyższych dwóch równań,

X = R + ρ (11-12)

Niech l1 i l2 są długościami wyważania po wykonaniu powyższych testów przez typową rezystancję „r” zamiast „R” i zamiast X, szeroką miedzianą taśmę o rezystancji „0”.

0 = r + ρ (11 ’-12’) lub ρ = r / 11 ’-12’

Jeśli rezystancje cewki wynoszą X1 i X2 w temperaturach takich jak t1oc i t2oc, to TCR jest

Α = X2 - X1 / (X1t2 - X2t1)

A także jeśli rezystancje cewki wynoszą X0 i X100 w temperaturach takich jak 0oc i 100oc, to TCR jest

Α = X100 - X0 / (X0 x 100)

Tak więc chodzi o współczynnik temperaturowy odporność . Z powyższych informacji możemy ostatecznie wywnioskować, że jest to obliczenie modyfikacji dowolnej substancji oporu elektrycznego dla każdego poziomu zmiany temperatury. Oto pytanie do Ciebie, jaka jest jednostka współczynnika temperaturowego oporu?