Temperaturni koeficijent otpora: formula i mjerna metoda

Temperaturni koeficijent otpora: formula i mjerna metoda

U elektrotehničkom ili elektroničkom inženjerstvu, kada protok struje opskrbljuje žicu, on dobiva toplinu zbog žice otpornost . U savršenom stanju, otpor mora biti '0', međutim to se ne događa. Kad se žica zagrije, tada se otpor žice mijenja u skladu s temperaturom. Iako je poželjno da otpor mora ostati stabilan i mora biti neovisan za temperatura . Dakle, promjena otpora za svaku promjenu stupnja unutar temperature naziva se temperaturnim koeficijentom otpora (TCR). Općenito se označava simbolom alfa (α). TCR čistog metala je pozitivan, jer kad se temperatura poveća tada će se povećati otpor. Stoga je potrebno napraviti vrlo precizne otpore tamo gdje otpor ne mijenja legure.



Što je temperaturni koeficijent otpora (TCR)?

Znamo da materijala ima mnogo i da imaju određeni otpor. Otpor materijala mijenja se na temelju promjene temperature. Glavni odnos između promjene temperature i promjene otpora može se dati parametrom koji se naziva TCR (temperaturni koeficijent otpora). Označava se simbolom α (alfa).


Na temelju dostupnog materijala, TCR se razdvaja u dvije vrste, kao što su pozitivni temperaturni koeficijent otpora (PTCR) i negativni temperaturni koeficijent otpora (NTCR).





temperaturni koeficijent otpora

temperaturni koeficijent otpora

U PTCR-u, kada se temperatura poveća, tada će se povećati otpor materijala. Na primjer, u vodičima kada se temperatura povećava tada se otpor također povećava. Za legure poput konstantana i manganina, otpor je prilično nizak u određenom temperaturnom rasponu. Za poluvodiči kao što su izolatori (guma, drvo), silicij i germanij i elektroliti. otpor se smanjuje, a temperatura će se povećati, tako da imaju negativan TCR.



U metalnim vodičima, kada se temperatura poveća, otpor će se povećati zbog sljedećih čimbenika koji uključuju sljedeće.

  • Izravno na rani otpor
  • Porast temperature.
  • Na temelju vijeka trajanja materijala.

Formula za temperaturni koeficijent otpora

Otpor vodiča može se izračunati na bilo kojoj određenoj temperaturi iz podataka o temperaturi, to je TCR, njegov otpor na tipičnoj temperaturi i rad temperature. Općenito govoreći, temperaturni koeficijent formule otpora može se izraziti kao


R = Rref(1 + α (T - Tref))

Gdje

‘R’ je otpor na temperaturi ‘T’

‘Rref'Je otpor na temperaturi' Tref '

‘Α’ je TCR materijala

‘T’ je temperatura materijala u ° Celzijusa

‘Tref’ je referentna temperatura koja se koristi za koju je naveden koeficijent temperature.

The SI jedinica temperaturnog koeficijenta otpora je po stupnju Celzija ili (/ ° C)

The jedinica temperaturnog koeficijenta otpora je ° Celzija

TCR (temperaturni koeficijent otpora) obično je u skladu s temperaturom od 20 ° C. Dakle, normalno se ta temperatura uzima kao normalna sobna temperatura. Tako je temperaturni koeficijent izvođenja otpora to obično uzima u opis:

R = R20 (1 + α20 (T-20))

Gdje

‘R20’ je otpor na 20 ° C

‘Α20’ je TCR na 20 ° C

TCR za otpornici je pozitivan, negativan, inače konstantan u fiksnom rasponu temperature. Odabir ispravnog otpornika mogao bi zaustaviti potrebu za temperaturnom kompenzacijom. Za mjerenje temperature u nekim je primjenama potreban veliki TCR. Otpornici namijenjeni ovim primjenama poznati su kao termistori , koji imaju PTC (pozitivan temperaturni koeficijent otpora) ili NTC (negativni temperaturni koeficijent otpora).

Pozitivni temperaturni koeficijent otpora

PTC se odnosi na neke materijale koji nakon povećanja temperature dožive porast i električni otpor. Materijali koji imaju veći koeficijent tada pokazuju brzi porast s temperaturom. PTC materijal je dizajniran da postigne najveću temperaturu koja se koristi za zadani i / p napon, jer će u određenoj točki kada temperatura poraste povećati električni otpor. Pozitivni temperaturni koeficijent otpornih materijala sam se ograničava, naravno, ne poput NTC materijala ili linearnog otpornog zagrijavanja. Neki od materijala poput PTC gume također imaju eksponencijalno rastući koeficijent temperature

Negativni temperaturni koeficijent otpora

NTC se odnosi na neke materijale koji iskusi kad im se temperatura povisi, a električni otpor će se smanjiti. Materijali s nižim koeficijentom pokazuju brzi pad s temperaturom. NTC materijali uglavnom se koriste za izradu graničnika struje, termistora i senzori temperature .

Metoda mjerenja TCR

TCR otpornika može se odrediti izračunavanjem vrijednosti otpora u prikladnom rasponu temperatura. TCR se može izmjeriti kada je normalni nagib vrijednosti otpora iznad ovog intervala. Za linearne relacije to je precizno jer je temperaturni koeficijent otpora stabilan pri svakoj temperaturi. No, postoji nekoliko materijala koji imaju koeficijent poput nelinearnog. Na primjer, nikrom je popularna legura koja se koristi za otpore, a glavna veza između TCR i temperature nije linearna.

Kako se TCR mjeri poput normalnog nagiba, vrlo je važno utvrditi interval TCR-a i temperature. TCR se može izračunati pomoću standardizirane metode poput tehnike MIL-STD-202 za područje temperature od -55 ° C do 25 ° C i 25 ° C do 125 ° C. Budući da je maksimalna izračunata vrijednost identificirana kao TCR. Ova tehnika često djeluje gore, ukazujući na otpor namijenjen nisko zahtjevnim aplikacijama.

Temperaturni koeficijent otpora za neke materijale

TCR nekih materijala na temperaturi od 20 ° C naveden je u nastavku.

  • Za srebro (Ag) materijal, TCR je 0,0038 ° C
  • Za bakarni (Cu) materijal, TCR je 0,00386 ° C
  • Za materijal zlata (Au) TCR je 0,0034 ° C
  • Za aluminijski (Al) materijal, TCR je 0,00429 ° C
  • Za volfram (W) materijal, TCR je 0,0045 ° C
  • Za materijal željeza (Fe) TCR je 0,00651 ° C
  • Za platinasti (Pt) materijal, TCR je 0,003927 ° C
  • Za materijal Manganin (Cu = 84% + Mn = 12% + Ni = 4%), TCR je 0,000002 ° C
  • Za materijal žive (Hg) TCR je 0,0009 ° C
  • Za nikrom (Ni = 60% + Cr = 15% + Fe = 25%) materijal, TCR je 0,0004 ° C
  • Za Constantan (Cu = 55% + Ni = 45%) materijal, TCR je 0,00003 ° C
  • Za ugljikov (C) materijal TCR je - 0,0005 ° C
  • Za germanij (Ge) materijal, TCR je - 0,05 ° C
  • Za silicij (Si) materijal TCR je - 0,07 ° C
  • Za mesing (Cu = 50 - 65% + Zn = 50 - 35%) materijal, TCR je 0,0015 ° C
  • Za materijal nikla (Ni), TCR je 0,00641 ° C
  • Za limeni (Sn) materijal, TCR je 0,0042 ° C
  • Za cink (Zn) materijal, TCR je 0,0037 ° C
  • Za materijal mangana (Mn), TCR je 0,00001 ° C
  • Za materijal tantala (Ta) TCR je 0,0033 ° C

TCR eksperiment

The temperaturni koeficijent eksperimentiranog otpora t je objašnjeno u nastavku.

Cilj

Glavni cilj ovog eksperimenta je otkriti TCR dane zavojnice.

Aparat

Uređaji ovog eksperimenta uglavnom uključuju žice za povezivanje, Carey foster bridge, kutiju otpora, akumulator olova, jednosmjerni ključ, nepoznati mali otpornik, džokej, galvanometar itd.

Opis

Udomiteljski most Carey uglavnom je sličan mostnom mostu jer ovaj most može biti izveden s 4 otpora poput P, ​​Q, R & X i oni su međusobno povezani.

žitnjak-most

Wheatstone-bridge

U navedenom Whetstoneov most , galvanometar (G), olovni akumulator (E) i tipke galvanometra i akumulatora su K1 i K.

Ako se vrijednosti otpora promijene, kroz „G“ nema struje te se nepoznati otpor može odrediti bilo kojim od tri poznata otpora poput P, ​​Q, R & X. Sljedeći odnos koristi se za određivanje nepoznatog otpora.

P / Q = R / X

Carey foster bridge može se koristiti za izračunavanje razlike između dva gotovo jednaka otpora, a poznavanje jedne vrijednosti može izračunati drugu vrijednost. U ovoj vrsti mosta uklanjaju se posljednji otpori u proračunu. To je prednost i stoga je lako koristi za izračunavanje poznatog otpora.

carey-foster-bridge

Carey-foster-bridge

Jednaki otpori poput P & Q povezani su u unutarnje praznine 2 i 3, tipični otpor 'R' može se spojiti unutar razmaka1, a 'X' (nepoznati otpor) povezan je kroz razmak4. ED je duljina uravnoteženja koja se može izračunati s kraja 'E'. Prema načelu Whetstone Bridge

P / Q = R + a + l1ρ / X + b + (100-111) ρ

U gornjoj jednadžbi, a & b su krajnje izmjene na kraju E & F i otpor duljine svake jedinice u žici mosta. Ako je ovo ispitivanje kontinuirano promjenom X & R, duljina uravnoteženja 'l2' izračunava se od kraja E.

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

Iz gornje dvije jednadžbe,

X = R + ρ (11 -12)

Neka su l1 & l2 duljine balansiranja nakon što se prethodno ispitivanje izvede kroz tipični otpor 'r' umjesto 'R' & umjesto X, široku bakrenu traku '0' otpora.

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

Ako su otpori zavojnice X1 i X2 na temperaturama poput t1oc & t2oc, tada je TCR

Α = X2 - X1 / (X1t2 - X2t1)

A također ako su otpori zavojnice X0 i X100 na temperaturama poput 0 ° i 100 ° C, tada je TCR

Α = X100 - X0 / (X0 x 100)

Dakle, ovdje se radi o temperaturnom koeficijentu otpornost . Iz gornjih podataka konačno možemo zaključiti da je ovo izračun izmjene bilo koje tvari električnog otpora za svaku razinu promjene temperature. Evo pitanja za vas, koja je jedinica temperaturnog koeficijenta otpora?