Coefficiente di resistenza alla temperatura: formula e metodo di misurazione

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Nell'ingegneria elettrica o elettronica, quando il flusso di corrente viene alimentato attraverso un filo, si surriscalda a causa del filo resistenza . In perfette condizioni, la resistenza deve essere '0', ma ciò non avviene. Quando il filo si riscalda, la resistenza del filo cambia in base alla temperatura. Anche se si preferisce che la resistenza rimanga stabile e sia indipendente per la temperatura . Quindi, il cambiamento di resistenza per ogni variazione di grado all'interno della temperatura è definito come il coefficiente di resistenza della temperatura (TCR). Generalmente, è indicato con un simbolo alfa (α). Il TCR del metallo puro è positivo perché quando la temperatura aumenta la resistenza aumenta. Pertanto, per realizzare resistenze altamente accurate ovunque la resistenza non modifichi le leghe è necessario.

Qual è il coefficiente di resistenza alla temperatura (TCR)?

Sappiamo che ci sono molti materiali e hanno una certa resistenza. La resistenza del materiale cambia in base alla variazione della temperatura. La relazione principale tra la modifica della temperatura e la modifica della resistenza può essere data dal parametro chiamato TCR (coefficiente di resistenza della temperatura). È indicato con il simbolo α (alfa).




In base al materiale ottenibile, il TCR è suddiviso in due tipi come un coefficiente di resistenza alla temperatura positivo (PTCR) e un coefficiente di resistenza alla temperatura negativo (NTCR).

coefficiente di resistenza alla temperatura

coefficiente di resistenza alla temperatura



In PTCR, quando la temperatura viene aumentata, la resistenza del materiale verrà aumentata. Ad esempio, nei conduttori quando la temperatura aumenta, aumenta anche la resistenza. Per le leghe come la costantana e la manganina, la resistenza è piuttosto bassa in un particolare intervallo di temperatura. Per semiconduttori come isolanti (gomma, legno), silicio e germanio ed elettroliti. la resistenza si riduce quindi la temperatura sarà aumentata quindi hanno TCR negativo.

Nei conduttori metallici, quando la temperatura aumenta, la resistenza aumenterà a causa dei seguenti fattori che includono quanto segue.

  • Direttamente sulla resistenza iniziale
  • Aumento della temperatura.
  • Basato sulla vita del materiale.

La formula per il coefficiente di resistenza alla temperatura

La resistenza del conduttore può essere calcolata a qualsiasi temperatura specificata dai dati di temperatura, è TCR, la sua resistenza alla temperatura tipica e il funzionamento della temperatura. In termini generali, il coefficiente di temperatura della formula di resistenza può essere espresso come


R = Rrif(1 + α (T - Tref))

Dove

'R' è la resistenza alla temperatura 'T'

'Rrif'È la resistenza alla temperatura di' Tref '

'Α' è il TCR del materiale

'T' è la temperatura del materiale in ° Celsius

'Tref' è la temperatura di riferimento utilizzata per la quale viene dichiarato il coefficiente di temperatura.

Il Unità SI del coefficiente di temperatura della resistività è per grado centigrado o (/ ° C)

Il unità del coefficiente di resistenza della temperatura è ° Celsius

Normalmente, il TCR (coefficiente di resistenza della temperatura) è coerente con una temperatura di 20 ° C. Quindi normalmente questa temperatura è considerata come la normale temperatura ambiente. Così il coefficiente di temperatura di derivazione della resistenza normalmente lo prende nella descrizione:

R = R20 (1 + α20 (T − 20))

Dove

'R20' è la resistenza a 20 ° C

'Α20' è il TCR a 20 ° C

Il TCR di resistenze è positivo, negativo altrimenti costante su un intervallo di temperatura fisso. La selezione del resistore corretto potrebbe interrompere la necessità di compensazione della temperatura. Per misurare la temperatura in alcune applicazioni è necessario un ampio TCR. I resistori destinati a queste applicazioni sono noti come termistori , che hanno un PTC (coefficiente di resistenza della temperatura positivo) o NTC (coefficiente di resistenza della temperatura negativa).

Coefficiente di resistenza termico positivo

Un PTC si riferisce ad alcuni materiali che subiscono un aumento della temperatura, quindi anche la resistenza elettrica è aumentata. I materiali che hanno un coefficiente più alto mostrano quindi un rapido aumento con la temperatura. Un materiale PTC è progettato per raggiungere la massima temperatura utilizzata per una data tensione i / p perché in un punto particolare in cui la temperatura aumenta, la resistenza elettrica verrà aumentata. Il coefficiente di temperatura positivo dei materiali di resistenza è auto-limitante naturalmente, non come i materiali NTC o il riscaldamento a resistenza lineare. Alcuni dei materiali come la gomma PTC hanno anche un coefficiente di temperatura in aumento esponenziale

Coefficiente di resistenza alla temperatura negativo

Un NTC si riferisce ad alcuni materiali che sperimentano una volta che la loro temperatura aumenta, la resistenza elettrica diminuirà. I materiali che hanno un coefficiente inferiore poi mostrano un rapido abbassamento con la temperatura. I materiali NTC sono utilizzati principalmente per la realizzazione di limitatori di corrente, termistori e sensori di temperatura .

Metodo di misurazione del TCR

Il TCR di un resistore può essere deciso calcolando i valori di resistenza in un intervallo di temperature adeguato. Il TCR può essere misurato quando la pendenza normale del valore di resistenza è superiore a questo intervallo. Per le relazioni lineari, questo è preciso poiché il coefficiente di temperatura della resistenza è stabile a ciascuna temperatura. Ma ci sono diversi materiali che hanno un coefficiente come non lineare. Ad esempio, un Nichrome è una lega popolare utilizzata per i resistori e la relazione principale tra TCR e temperatura non è lineare.

Poiché il TCR viene misurato come una pendenza normale, è molto significativo identificare l'intervallo di TCR e la temperatura. Il TCR può essere calcolato utilizzando un metodo standardizzato come la tecnica MIL-STD-202 per l'intervallo di temperatura da -55 ° C a 25 ° C e da 25 ° C a 125 ° C. Perché il valore massimo calcolato è identificato come TCR. Questa tecnica ha spesso effetti sopra indicando un resistore destinato ad applicazioni poco impegnative.

Coefficiente di resistenza alla temperatura per alcuni materiali

Di seguito è riportato il TCR di alcuni materiali a una temperatura di 20 ° C.

  • Per il materiale Silver (Ag), il TCR è 0,0038 ° C
  • Per il materiale in rame (Cu), il TCR è 0,00386 ° C
  • Per il materiale Gold (Au), il TCR è 0,0034 ° C
  • Per il materiale in alluminio (Al), il TCR è 0,00429 ° C
  • Per il materiale in tungsteno (W), il TCR è 0,0045 ° C
  • Per il materiale in ferro (Fe), il TCR è 0,00651 ° C
  • Per il materiale in platino (Pt), il TCR è 0,003927 ° C
  • Per il materiale Manganina (Cu = 84% + Mn = 12% + Ni = 4%), il TCR è 0,000002 ° C
  • Per il materiale Mercurio (Hg), il TCR è 0,0009 ° C
  • Per il materiale Nichrome (Ni = 60% + Cr = 15% + Fe = 25%), il TCR è 0,0004 ° C
  • Per il materiale Costantana (Cu = 55% + Ni = 45%), il TCR è 0,00003 ° C
  • Per il materiale Carbon (C), il TCR è - 0.0005 ° C
  • Per il materiale al germanio (Ge), il TCR è - 0,05 ° C
  • Per il materiale in silicio (Si), il TCR è - 0,07 ° C
  • Per il materiale in ottone (Cu = 50-65% + Zn = 50-35%), il TCR è 0,0015 ° C
  • Per il materiale in nichel (Ni), il TCR è 0,00641 ° C
  • Per il materiale Stagno (Sn), il TCR è 0,0042 ° C
  • Per il materiale in zinco (Zn), il TCR è 0,0037 ° C
  • Per il materiale manganese (Mn), il TCR è 0,00001 ° C
  • Per il materiale in tantalio (Ta), il TCR è 0,0033 ° C

Esperimento TCR

Il coefficiente di temperatura dell'esperimento di resistenza t è spiegato di seguito.

Obbiettivo

L'obiettivo principale di questo esperimento è scoprire il TCR di una data bobina.

Apparato

L'apparato di questo esperimento include principalmente cavi di collegamento, ponte adottivo Carey, scatola di resistenza, accumulatore di piombo, chiave unidirezionale, resistenza bassa sconosciuta, fantino, galvanometro, ecc.

Descrizione

Un ponte adottivo Carey è principalmente simile a un ponte metro perché questo ponte può essere progettato con 4 resistenze come P, Q, R e X e queste sono collegate tra loro.

ponte di grano

Ponte di Wheatstone

In quanto sopra Whetstone's bridge , il galvanometro (G), un accumulatore di piombo (E) e le chiavi del galvanometro e dell'accumulatore sono rispettivamente K1 e K.

Se i valori di resistenza vengono modificati, non vi è corrente di flusso attraverso la 'G' e la resistenza sconosciuta può essere determinata da una qualsiasi delle tre resistenze note come P, Q, R e X. La seguente relazione viene utilizzata per determinare la resistenza sconosciuta.

P / Q = R / X

Il ponte adottivo Carey può essere utilizzato per calcolare la disparità tra due resistenze quasi uguali e conoscendo un valore, è possibile calcolare l'altro valore. In questo tipo di bridge, le ultime resistenze vengono rimosse durante il calcolo. È un vantaggio e quindi può essere facilmente utilizzato per calcolare una resistenza nota.

carey-foster-bridge

Carey-foster-bridge

Le resistenze uguali come P e Q sono collegate negli spazi interni 2 e 3, la resistenza tipica 'R' può essere collegata all'interno dello spazio 1 e la 'X' (resistenza sconosciuta) è collegato all'interno dello spazio4. L'ED è la lunghezza di equilibratura che può essere calcolata dall'estremità 'E'. Secondo il principio Whetstone Bridge

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

Nell'equazione sopra, a e b sono le modifiche finali all'estremità E & F e è la resistenza per la lunghezza di ogni unità nel filo del ponte. Se questo test è continuo cambiando X e R, la lunghezza di bilanciamento 'l2' viene calcolata dall'estremità E.

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

Dalle due equazioni precedenti,

X = R + ρ (11-12)

Siano l1 e l2 le lunghezze di bilanciamento una volta che il test di cui sopra è stato eseguito attraverso una tipica resistenza 'r' invece di 'R' e invece di X, un'ampia striscia di rame di resistenza '0'.

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

Se le resistenze della bobina sono X1 e X2 a temperature come t1oc e t2oc, il TCR è

Α = X2 - X1 / (X1t2 - X2t1)

E anche se le resistenze della bobina sono X0 e X100 a temperature come 0oc e 100oc, allora il TCR è

Α = X100 - X0 / (X0 x 100)

Quindi, questo è tutto sul coefficiente di temperatura di resistenza . Dalle informazioni di cui sopra, infine, possiamo concludere che questo è il calcolo della modifica in qualsiasi sostanza di resistenza elettrica per ogni livello di variazione di temperatura. Ecco una domanda per te, qual è l'unità del coefficiente di resistenza della temperatura?