Teplotní koeficient odporu: vzorec a metoda měření

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





V elektrickém nebo elektronickém inženýrství, když tok proudu dodává vodičem, pak se díky vodiči ohřívá odpor . V perfektním stavu musí být odpor „0“, ale ten se neuskuteční. Když se vodič zahřeje, změní se odpor drátu podle teploty. I když je upřednostňováno, že rezistence musí zůstat stabilní a musí být nezávislá teplota . Takže změna odporu pro každou změnu stupně v rámci teploty se nazývá teplotní koeficient odporu (TCR). Obecně se označuje symbolem alfa (α). TCR čistého kovu je pozitivní, protože při zvýšení teploty se zvýší odpor. Proto je nutné vytvářet vysoce přesné odpory všude tam, kde odpor nemění slitiny.

Co je teplotní koeficient odporu (TCR)?

Víme, že existuje mnoho materiálů a mají určitý odpor. Odolnost materiálu se mění na základě kolísání teploty. Hlavní vztah mezi změnou teploty a úpravou odporu může být dán parametrem zvaným TCR (teplotní koeficient odporu). Je označen symbolem α (alfa).




Na základě získatelného materiálu se TCR dělí na dva typy, jako je kladný teplotní koeficient odporu (PTCR) a záporný teplotní koeficient odporu (NTCR).

teplotní koeficient odporu

teplotní koeficient odporu



Když se v PTCR zvýší teplota, zvýší se odpor materiálu. Například ve vodičích, když se zvyšuje teplota, se zvyšuje také odpor. U slitin, jako je konstantan a manganin, je odpor v určitém teplotním rozsahu docela nízký. Pro polovodiče jako jsou izolátory (guma, dřevo), křemík a germania a elektrolyty. odpor se sníží, pak se zvýší teplota, takže mají negativní TCR.

Když se v kovových vodičích zvýší teplota, zvýší se odpor v důsledku následujících faktorů, které zahrnují následující.

  • Přímo na časném odporu
  • Zvýšení teploty.
  • Na základě životnosti materiálu.

Vzorec pro teplotní koeficient odporu

Odpor vodiče lze vypočítat při jakékoli stanovené teplotě z údajů o teplotě, je to TCR, jeho odpor při typické teplotě a provoz teploty. Obecně řečeno, teplotní koeficient vzorce odporu lze vyjádřit jako


R = Rref(1 + α (T - Tref))

Kde

„R“ je odpor při teplotě „T“

„R.refJe odpor při teplotě „Tref“

„Α“ je TCR materiálu

„T“ je teplota materiálu ve ° C

„Tref“ je použitá referenční teplota, pro kterou je stanoven teplotní koeficient.

The SI jednotka teplotního koeficientu odporu je na stupeň Celsia nebo (/ ° C)

The jednotka teplotního koeficientu odporu je ° Celsia

Normálně je TCR (teplotní koeficient odporu) konzistentní s teplotou 20 ° C. Normálně se tedy tato teplota považuje za normální pokojovou teplotu. Tak teplotní koeficient odvození odporu normálně to bere do popisu:

R = R20 (1 + α20 (T - 20))

Kde

„R20“ je odpor při 20 ° C

„Α20“ je TCR při 20 ° C

TCR z rezistory je kladný, záporný, jinak konstantní ve stanoveném teplotním rozsahu. Výběr správného odporu by mohl zastavit potřebu teplotní kompenzace. U některých aplikací je k měření teploty zapotřebí velký TCR. Rezistory určené pro tyto aplikace jsou známé jako termistory , které mají PTC (kladný teplotní koeficient odporu) nebo NTC (záporný teplotní koeficient odporu).

Pozitivní teplotní koeficient odporu

PTC se vztahuje na některé materiály, u kterých dojde ke zvýšení jejich teploty a poté ke zvýšení elektrického odporu. Materiály, které mají vyšší koeficient, pak vykazují rychlý vzestup s teplotou. Materiál PTC je navržen tak, aby dosáhl nejvyšší teploty použité pro dané napětí i / p, protože v určitém okamžiku, kdy se teplota zvýší, se zvýší elektrický odpor. Pozitivní teplotní koeficient odporových materiálů je přirozeně samovolně ne jako NTC materiály nebo lineární odporové topení. Některé z materiálů, jako je PTC kaučuk, mají také exponenciálně rostoucí teplotní koeficient

Negativní teplotní koeficient odporu

NTC se vztahuje na některé materiály, u kterých dojde ke zvýšení jejich teploty a následně ke snížení elektrického odporu. Materiály, které mají nižší koeficient, vykazují s teplotou rychlý pokles. NTC materiály se používají hlavně k výrobě omezovačů proudu, termistorů a teplotní senzory .

Metoda měření TCR

O TCR rezistoru lze rozhodnout výpočtem hodnot odporu ve vhodném teplotním rozsahu. TCR lze měřit, když je normální sklon hodnoty odporu nad tímto intervalem. U lineárních vztahů je to přesné, protože teplotní koeficient odporu je stabilní při každé teplotě. Existuje však několik materiálů, které mají koeficient jako nelineární. Například Nichrom je populární slitina používaná pro rezistory a hlavní vztah mezi TCR a teplotou není lineární.

Protože se TCR měří jako normální sklon, je velmi důležité identifikovat interval TCR a teploty. TCR lze vypočítat pomocí standardizované metody, jako je technika MIL-STD-202, pro rozsah teplot od -55 ° C do 25 ° C a 25 ° C až 125 ° C. Protože maximální vypočítaná hodnota je identifikována jako TCR. Tato technika se často projevuje nad indikací odporu určeného pro nízko náročné aplikace.

Teplotní koeficient odporu pro některé materiály

TCR některých materiálů při teplotě 20 ° C je uveden níže.

  • U materiálu Silver (Ag) je TCR 0,0038 ° C
  • U mědi (Cu) je TCR 0,00386 ° C
  • U zlata (Au) je TCR 0,0034 ° C
  • U hliníku (Al) je TCR 0,00429 ° C
  • U wolframového (W) materiálu je TCR 0,0045 ° C
  • U materiálu železa (Fe) je TCR 0,00651 ° C
  • U platinového (Pt) materiálu je TCR 0,003927 ° C
  • Pro materiál manganin (Cu = 84% + Mn = 12% + Ni = 4%) je TCR 0,000002 ° C
  • Pro materiál rtuti (Hg) je TCR 0,0009 ° C
  • U nichromu (Ni = 60% + Cr = 15% + Fe = 25%) je TCR 0,0004 ° C
  • Pro materiál Constantan (Cu = 55% + Ni = 45%) je TCR 0,00003 ° C
  • U uhlíku (C) je TCR - 0,0005 ° C
  • U materiálu Germanium (Ge) je TCR - 0,05 ° C
  • U křemíkového (Si) materiálu je TCR - 0,07 ° C
  • U mosazi (Cu = 50 - 65% + Zn = 50 - 35%) je TCR 0,0015 ° C
  • U niklu (Ni) je TCR 0,00641 ° C
  • Pro materiál cín (Sn) je TCR 0,0042 ° C
  • U zinku (Zn) je TCR 0,0037 ° C
  • U manganu (Mn) je TCR 0,00001 ° C
  • Pro materiál tantal (Ta) je TCR 0,0033 ° C

Experiment TCR

The teplotní koeficient experimentu odporu t je vysvětleno níže.

Objektivní

Hlavním cílem tohoto experimentu je objevit TCR dané cívky.

Zařízení

Aparatura tohoto experimentu zahrnuje hlavně spojovací vodiče, Carey pěstounský můstek, odporovou skříň, olověný akumulátor, jednosměrný klíč, neznámý nízký rezistor, žokej, galvanometr atd.

Popis

Carey foster bridge je hlavně podobný metrovému můstku, protože tento můstek může být navržen se 4 odpory jako P, Q, R & X a tyto jsou vzájemně propojeny.

most přes pšeničný kámen

Wheatstoneův most

Ve výše uvedeném Whetstoneův most , galvanometr (G), olověný akumulátor (E) a tlačítka galvanometru a akumulátoru jsou K1 a K.

Pokud se změní hodnoty odporu, pak nebude proudit proudem „G“ a neznámý odpor lze určit kterýmkoli ze tří známých odporů jako P, Q, R a X. K určení neznámého odporu se použije následující vztah.

P / Q = R / X

Careyův pěstounský můstek lze použít k výpočtu rozdílu mezi dvěma téměř stejnými odpory a při znalosti jedné hodnoty lze vypočítat druhou hodnotu. U tohoto typu můstku jsou při výpočtu odstraněny poslední odpory. Je to výhoda, a proto ji lze snadno použít k výpočtu známé rezistence.

Carey-Foster-Bridge

Carey-foster-bridge

Stejné odpory jako P & Q jsou spojeny ve vnitřních mezerách 2 a 3, typický odpor „R“ může být připojen v mezeře 1 a „X“ (neznámý odpor) je připojen v mezeře4. ED je vyrovnávací délka, kterou lze vypočítat od konce „E“. Podle principu Whetstone Bridge

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

Ve výše uvedené rovnici jsou a & b koncové úpravy na konci E & F & je odpor pro délku každé jednotky v můstkovém drátu. Pokud je toto testování kontinuální změnou X & R, vyvažovací délka „l2“ se počítá od konce E.

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

Z výše uvedených dvou rovnic

X = R + ρ (11-12)

Nechť l1 a l2 jsou vyrovnávací délky, jakmile se výše uvedené testování provede pomocí typického odporu „r“ místo „R“ a namísto X, širokého měděného pásu odporu „0“.

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

Pokud jsou odpory cívky X1 a X2 při teplotách jako t1oc a t2oc, pak je TCR

Α = X2 - X1 / (X1t2 - X2t1)

A také pokud jsou odpory cívky X0 a X100 při teplotách jako 0oc a 100oc, pak je TCR

Α = X100 - X0 / (X0 x 100)

Jedná se tedy o teplotní koeficient odpor . Z výše uvedených informací nakonec můžeme usoudit, že se jedná o výpočet modifikace jakékoli látky elektrického odporu pro každou úroveň změny teploty. Zde je otázka, jaká je jednotka teplotního koeficientu odporu?