Teplotný koeficient odporu: vzorec a metóda merania

Teplotný koeficient odporu: vzorec a metóda merania

V elektrickom alebo elektronickom inžinierstve platí, že keď prúd prúdi vodičom, potom sa jeho vplyvom zahrieva odpor . V perfektnom stave musí byť odpor „0“, avšak ten sa neuskutoční. Keď sa vodič zahreje, jeho odpor sa mení podľa teploty. Aj keď sa dáva prednosť tomu, aby odpor zostal stabilný a musí byť nezávislý teplota . Takže zmena odporu pre každú zmenu stupňa v rámci teploty sa nazýva teplotný koeficient odporu (TCR). Spravidla sa označuje symbolom alfa (α). TCR čistého kovu je pozitívna, pretože pri zvýšení teploty sa zvýši odpor. Preto je potrebné dosiahnuť veľmi presný odpor všade tam, kde odpor nemení zliatiny.



Čo je teplotný koeficient odporu (TCR)?

Vieme, že existuje veľa materiálov a majú určitý odpor. Odolnosť materiálu sa mení na základe zmeny teploty. Hlavný vzťah medzi úpravou teploty a úpravou odporu môže byť daný parametrom zvaným TCR (teplotný koeficient odporu). Je označený symbolom α (alfa).


Na základe získateľného materiálu sa TCR rozdelí na dva typy, ako je pozitívny teplotný koeficient odporu (PTCR) a negatívny teplotný koeficient odporu (NTCR).





teplotný koeficient odporu

teplotný koeficient odporu

Ak sa v PTCR zvýši teplota, zvýši sa odpor materiálu. Napríklad vo vodičoch sa pri zvyšovaní teploty zvyšuje aj odpor. Pre zliatiny ako konštantan a manganín je odpor v konkrétnom teplotnom rozmedzí dosť nízky. Pre polovodiče ako sú izolátory (guma, drevo), kremík, germánium a elektrolyty. odpor sa zníži, potom sa zvýši teplota, takže majú negatívny TCR.



Keď sa v kovových vodičoch zvýši teplota, potom sa zvýši odpor v dôsledku nasledujúcich faktorov, medzi ktoré patria nasledujúce.

  • Priamo na začiatku odporu
  • Zvýšenie teploty.
  • Na základe životnosti materiálu.

Vzorec pre teplotný koeficient odporu

Odpor vodiča sa dá vypočítať pri akejkoľvek špecifikovanej teplote z údajov o teplote, je to TCR, jeho odpor pri typickej teplote a prevádzka teploty. Všeobecne teplotný koeficient vzorca odporu možno vyjadriť ako


R = Rref(1 + α (T - Tref))

Kde

„R“ je odpor pri teplote „T“

„R.ref“Je odpor pri teplote„ Tref “

„Α“ je TCR materiálu

„T“ je teplota materiálu v ° Celzia

„Tref“ je použitá referenčná teplota, pre ktorú je stanovený teplotný koeficient.

The SI jednotka teplotného koeficientu rezistivity je na stupeň Celzia alebo (/ ° C)

The jednotka teplotného koeficientu odporu je ° Celzia

Normálne je TCR (teplotný koeficient odporu) konzistentný s teplotou 20 ° C. Normálne sa teda táto teplota berie ako normálna teplota v miestnosti. Takto teplotný koeficient odvodenia odporu zvyčajne to berie do popisu:

R = R20 (1 + α20 (T - 20))

Kde

„R20“ je odpor pri 20 ° C

„Α20“ je TCR pri 20 ° C

TCR z rezistory je kladný, záporný, inak konštantný v pevnom rozsahu teploty. Výber správneho odporu by mohol zastaviť potrebu teplotnej kompenzácie. V niektorých aplikáciách je na meranie teploty potrebný veľký TCR. Rezistory určené pre tieto aplikácie sú známe ako termistory , ktoré majú PTC (kladný teplotný koeficient odporu) alebo NTC (záporný teplotný koeficient odporu).

Pozitívny teplotný koeficient odporu

PTC sa vzťahuje na niektoré materiály, ktoré pocítia zvýšenie teploty, potom sa zvýši aj elektrický odpor. Materiály, ktoré majú vyšší koeficient, potom vykazujú rýchly nárast teploty. Materiál PTC je navrhnutý na dosiahnutie maximálnej teploty použitej pre dané i / p napätie, pretože v konkrétnom bode, keď sa teplota zvýši, sa zvýši elektrický odpor. Pozitívny teplotný koeficient odporových materiálov je samozrejmý, prirodzene nie ako NTC materiály alebo lineárny odporový ohrev. Niektoré z materiálov, ako je PTC guma, majú tiež exponenciálne stúpajúci teplotný koeficient

Záporný teplotný koeficient odporu

NTC označuje niektoré materiály, ktoré pocítia, že keď sa ich teplota zvýši, potom sa zníži elektrický odpor. Materiály, ktoré majú nižší koeficient, potom vykazujú rýchly pokles teploty. NTC materiály sa používajú hlavne na výrobu prúdových obmedzovačov, termistorov a snímače teploty .

Metóda merania TCR

O TCR rezistora možno rozhodnúť výpočtom hodnôt odporu vo vhodnom teplotnom rozmedzí. TCR je možné merať, keď je normálny sklon hodnoty odporu nad týmto intervalom. Pre lineárne vzťahy je to presné, pretože teplotný koeficient odporu je stabilný pri každej teplote. Existuje ale niekoľko materiálov, ktoré majú koeficient ako nelineárny. Napríklad nichrom je populárna zliatina používaná pre rezistory a hlavný vzťah medzi TCR a teplotou nie je lineárny.

Pretože TCR sa meria ako normálny sklon, je veľmi dôležité identifikovať interval TCR a teplotu. TCR je možné vypočítať pomocou štandardizovanej metódy, ako je technika MIL-STD-202, pre rozsah teplôt od -55 ° C do 25 ° C a od 25 ° C do 125 ° C. Pretože maximálna vypočítaná hodnota je identifikovaná ako TCR. Táto technika často účinkuje nad indikáciou odporu určeného pre nízko náročné aplikácie.

Teplotný koeficient odporu pre niektoré materiály

TCR niektorých materiálov pri teplote 20 ° C je uvedená nižšie.

  • Pre materiál striebro (Ag) je TCR 0,0038 ° C
  • Pre meď (Cu) je TCR 0,00386 ° C
  • Pre zlato (Au) je TCR 0,0034 ° C
  • Pre hliník (Al) je TCR 0,00429 ° C
  • Pre materiál volfrám (W) je TCR 0,0045 ° C
  • Pre materiál železo (Fe) je TCR 0,00651 ° C
  • Pre platinový (Pt) materiál je TCR 0,003927 ° C
  • Pre materiál manganín (Cu = 84% + Mn = 12% + Ni = 4%) je TCR 0,000002 ° C
  • Pre materiál ortuť (Hg) je TCR 0,0009 ° C
  • Pre Nichrom (Ni = 60% + Cr = 15% + Fe = 25%) materiál, TCR je 0,0004 ° C
  • Pre materiál Constantan (Cu = 55% + Ni = 45%) je TCR 0,00003 ° C
  • Pre materiál uhlíka (C) je TCR - 0,0005 ° C
  • Pre materiál germánium (Ge) je TCR - 0,05 ° C
  • Pre materiál kremík (Si) je TCR - 0,07 ° C
  • Pre mosadz (Cu = 50 - 65% + Zn = 50 - 35%) materiál je TCR 0,0015 ° C
  • Pre nikel (Ni) je TCR 0,00641 ° C
  • Pre materiál cín (Sn) je TCR 0,0042 ° C
  • Pre materiál zinok (Zn) je TCR 0,0037 ° C
  • Pre mangánový (Mn) materiál je TCR 0,00001 ° C
  • Pre materiál tantal (Ta) je TCR 0,0033 ° C

Experiment TCR

The teplotný koeficient experimentu odporu t je vysvetlený nižšie.

Cieľ

Hlavným cieľom tohto experimentu je objaviť TCR danej cievky.

Prístroje

Medzi prístroje tohto experimentu patria hlavne pripojovacie vodiče, podporný mostík Carey, odporová skrinka, olovený akumulátor, jednosmerný kľúč, neznámy nízky odpor, džokej, galvanometer atď.

Popis

Careyov most je väčšinou podobný metrovému mostu, pretože tento most môže byť navrhnutý so 4 odpormi ako P, Q, R a X a tieto sú navzájom spojené.

pšeničný kameň-most

Wheatstoneov most

Vo vyššie uvedenom Whetstoneov most , galvanometer (G), olovený akumulátor (E) a klávesy galvanometra a akumulátora sú K1, respektíve K.

Ak sa zmenia hodnoty odporu, potom cez „G“ neprúdi žiadny prúd a neznámy odpor je možné určiť pomocou ktoréhokoľvek z troch známych odporov ako P, Q, R a X. Na stanovenie neznámeho odporu sa použije nasledujúci vzťah.

P / Q = R / X

Careyov pestúnsky mostík možno použiť na výpočet rozdielov medzi dvoma takmer rovnakými odpormi. Ak poznáme jednu hodnotu, je možné vypočítať druhú hodnotu. V tomto druhu mosta sa pri výpočte odstránia posledné odpory. Je to výhoda, a preto sa dá ľahko použiť na výpočet známej odolnosti.

Carey-Foster-Bridge

Carey-foster-bridge

Rovnaké odpory ako P & Q sú spojené vo vnútorných medzerách 2 a 3, typický odpor „R“ môže byť pripojený do medzery 1 a „X“ (neznámy odpor) je zapojený do medzery4. ED je vyvažovacia dĺžka, ktorú je možné vypočítať od konca písmena „E“. Podľa princípu Whetstone Bridge

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

Vo vyššie uvedenej rovnici sú a & b koncovými úpravami na konci E & F a predstavuje odpor pre dĺžku každej jednotky v premosťovacom drôte. Ak je toto testovanie kontinuálne zmenou X & R, vyvažovacia dĺžka „l2“ sa počíta od konca E.

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

Z vyššie uvedených dvoch rovníc

X = R + ρ (11 - 12)

Nech l1 a l2 sú vyvažovacie dĺžky, akonáhle sa vyššie uvedené testovanie uskutoční pomocou typického odporu „r“ namiesto „R“ a namiesto X, širokého medeného pásu odporu „0“.

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

Ak sú odpory cievky X1 a X2 pri teplotách ako t1oc a t2oc, potom je TCR

Α = X2 - X1 / (X1t2 - X2t1)

A tiež ak sú odpory cievky X0 a X100 pri teplotách ako 0oc a 100oc, potom je TCR

Α = X100 - X0 / (X0 x 100)

Jedná sa teda o teplotný koeficient odpor . Z vyššie uvedených informácií nakoniec môžeme vyvodiť záver, že toto je výpočet modifikácie akejkoľvek látky elektrického odporu pre každú úroveň zmeny teploty. Tu je otázka, aká je jednotka teplotného koeficientu odporu?