ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานอุณหภูมิ: สูตรและวิธีการวัด

ในงานวิศวกรรมไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายไฟจะได้รับความร้อนเนื่องจากสายไฟ ความต้านทาน . ในสภาพที่สมบูรณ์ความต้านทานจะต้องเป็น '0' แต่จะไม่เกิดขึ้น เมื่อลวดร้อนขึ้นความต้านทานของลวดจะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ แม้ว่าจะเป็นที่ต้องการว่าแนวต้านจะต้องคงที่และต้องเป็นอิสระสำหรับ อุณหภูมิ . ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความต้านทานสำหรับการเปลี่ยนแปลงทุกองศาภายในอุณหภูมิจึงเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน (TCR) โดยทั่วไปจะแสดงด้วยสัญลักษณ์อัลฟา (α) TCR ของโลหะบริสุทธิ์เป็นบวกเพราะเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความต้านทานจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นการสร้างความต้านทานที่แม่นยำสูงทุกที่ที่ความต้านทานไม่ได้ปรับเปลี่ยนโลหะผสมเป็นสิ่งจำเป็น

ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานอุณหภูมิ (TCR) คืออะไร?

เรารู้ว่ามีวัสดุมากมายและมีความต้านทานอยู่บ้าง ความต้านทานของวัสดุเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความสัมพันธ์หลักระหว่างการปรับเปลี่ยนอุณหภูมิและการปรับเปลี่ยนความต้านทานสามารถกำหนดได้จากพารามิเตอร์ที่เรียกว่า TCR (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน) มีความหมายด้วยสัญลักษณ์α (อัลฟา)

ขึ้นอยู่กับวัสดุที่หาได้ TCR จะถูกแยกออกเป็นสองประเภทเช่นค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานอุณหภูมิบวก (PTCR) และค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานอุณหภูมิติดลบ (NTCR)

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน

ใน PTCR เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความต้านทานของวัสดุจะเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่นในตัวนำเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความต้านทานก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน สำหรับโลหะผสมเช่นค่าคงที่และแมงกานีสความต้านทานจะค่อนข้างต่ำในช่วงอุณหภูมิหนึ่ง ๆ สำหรับ เซมิคอนดักเตอร์ เช่นฉนวน (ยางไม้) ซิลิกอนเจอร์เมเนียมและอิเล็กโทรไลต์ ความต้านทานจะลดลงจากนั้นอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นดังนั้นจึงมี TCR เป็นลบ

ในตัวนำโลหะเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความต้านทานจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากปัจจัยต่อไปนี้ซึ่งรวมถึงสิ่งต่อไปนี้

• ตรงกับความต้านทานในช่วงต้น
• อุณหภูมิที่สูงขึ้น
• ขึ้นอยู่กับอายุการใช้งานของวัสดุ

สูตรสำหรับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน

ความต้านทานของตัวนำสามารถคำนวณได้ที่อุณหภูมิที่ระบุจากข้อมูลอุณหภูมิคือ TCR ความต้านทานที่อุณหภูมิทั่วไปและการทำงานของอุณหภูมิ โดยทั่วไปแล้ว ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของสูตรความต้านทาน สามารถแสดงเป็น

R = ร_{อ้างอิง}(1 + α (T - เทรฟ))

ที่ไหน

‘R’ คือความต้านทานที่อุณหภูมิ ‘T’

‘ร_{อ้างอิง}'คือความต้านทานที่อุณหภูมิ' Tref '

‘α’ คือ TCR ของวัสดุ

‘T’ คืออุณหภูมิของวัสดุในหน่วยองศาเซลเซียส

'Tref' คืออุณหภูมิอ้างอิงที่ใช้ในการระบุค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ

หน่วย SI ของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน คือต่อองศาเซลเซียสหรือ (/ ° C)

หน่วยของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน คือ°เซลเซียส

โดยปกติ TCR (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน) จะสอดคล้องกับอุณหภูมิ 20 ° C ดังนั้นโดยปกติอุณหภูมินี้จะถือเป็นอุณหภูมิห้องปกติ ดังนั้น ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการเกิดความต้านทาน โดยปกติจะใช้สิ่งนี้ในคำอธิบาย:

R = R20 (1 + α20 (T − 20))

ที่ไหน

‘R20’ คือความต้านทานที่ 20 ° C

‘α20’ คือ TCR ที่ 20 ° C

TCR ของ ตัวต้านทาน เป็นค่าบวกลบอย่างอื่นคงที่ในช่วงอุณหภูมิคงที่ การเลือกตัวต้านทานที่ถูกต้องอาจหยุดความจำเป็นในการชดเชยอุณหภูมิได้ ต้องใช้ TCR ขนาดใหญ่เพื่อวัดอุณหภูมิในบางการใช้งาน ตัวต้านทานที่มีไว้สำหรับการใช้งานเหล่านี้เรียกว่า เทอร์มิสเตอร์ ซึ่งมีค่า PTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวกของความต้านทาน) หรือ NTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบของความต้านทาน)

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกของความต้านทาน

PTC หมายถึงวัสดุบางชนิดที่มีประสบการณ์เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นความต้านทานไฟฟ้าก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์สูงกว่าจะแสดงอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว วัสดุ PTC ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ได้อุณหภูมิสูงสุดที่ใช้สำหรับแรงดันไฟฟ้า i / p ที่กำหนดเนื่องจาก ณ จุดใดจุดหนึ่งเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความต้านทานไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่เป็นบวกของวัสดุต้านทานเป็นการ จำกัด ตัวเองโดยธรรมชาติไม่เหมือนกับวัสดุ NTC หรือการให้ความร้อนแบบต้านทานเชิงเส้น วัสดุบางชนิดเช่นยาง PTC ยังมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบของความต้านทาน

NTC หมายถึงวัสดุบางชนิดที่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นแล้วความต้านทานไฟฟ้าจะลดลง วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์ต่ำกว่าจะแสดงอุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว วัสดุ NTC ส่วนใหญ่จะใช้ในการทำตัว จำกัด กระแสเทอร์มิสเตอร์และ เซ็นเซอร์อุณหภูมิ .

วิธีการวัด TCR

TCR ของตัวต้านทานสามารถตัดสินใจได้โดยการคำนวณค่าความต้านทานในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม TCR สามารถวัดได้เมื่อความชันปกติของค่าความต้านทานอยู่เหนือช่วงเวลานี้ สำหรับความสัมพันธ์เชิงเส้นมีความแม่นยำเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานคงที่ในแต่ละอุณหภูมิ แต่มีวัสดุหลายอย่างที่มีค่าสัมประสิทธิ์แบบไม่เป็นเชิงเส้น ตัวอย่างเช่น Nichrome เป็นโลหะผสมที่นิยมใช้สำหรับตัวต้านทานและความสัมพันธ์หลักระหว่าง TCR และอุณหภูมิไม่เป็นเชิงเส้น

เนื่องจาก TCR ถูกวัดเหมือนกับความชันปกติดังนั้นจึงมีความสำคัญมากในการระบุช่วงเวลาของ TCR และอุณหภูมิ TCR สามารถคำนวณได้โดยใช้วิธีการมาตรฐานเช่นเทคนิค MIL-STD-202 สำหรับช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ -55 ° C ถึง 25 ° C และ 25 ° C ถึง 125 ° C เนื่องจากค่าที่คำนวณได้สูงสุดถูกระบุเป็น TCR เทคนิคนี้มักมีผลข้างต้นแสดงว่าเป็นตัวต้านทานสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการต่ำ

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานสำหรับวัสดุบางชนิด

TCR ของวัสดุบางชนิดที่อุณหภูมิ 20 ° C แสดงอยู่ด้านล่าง

• สำหรับวัสดุ Silver (Ag) TCR คือ 0.0038 ° C
• สำหรับวัสดุทองแดง (Cu) TCR คือ 0.00386 ° C
• สำหรับวัสดุ Gold (Au) TCR คือ 0.0034 ° C
• สำหรับวัสดุอลูมิเนียม (Al) TCR คือ 0.00429 ° C
• สำหรับวัสดุทังสเตน (W) TCR คือ 0.0045 ° C
• สำหรับวัสดุเหล็ก (Fe) TCR คือ 0.00651 ° C
• สำหรับวัสดุ Platinum (Pt) TCR คือ 0.003927 ° C
• สำหรับวัสดุ Manganin (Cu = 84% + Mn = 12% + Ni = 4%) TCR คือ 0.000002 ° C
• สำหรับวัสดุปรอท (Hg) TCR คือ 0.0009 ° C
• สำหรับวัสดุ Nichrome (Ni = 60% + Cr = 15% + Fe = 25%) TCR คือ 0.0004 ° C
• สำหรับวัสดุ Constantan (Cu = 55% + Ni = 45%) TCR คือ 0.00003 ° C
• สำหรับวัสดุคาร์บอน (C) TCR คือ - 0.0005 ° C
• สำหรับวัสดุเจอร์เมเนียม (Ge) TCR คือ - 0.05 ° C
• สำหรับวัสดุซิลิคอน (Si) TCR คือ - 0.07 ° C
• สำหรับวัสดุทองเหลือง (Cu = 50 - 65% + Zn = 50 - 35%) TCR คือ 0.0015 ° C
• สำหรับวัสดุนิกเกิล (Ni) TCR คือ 0.00641 ° C
• สำหรับวัสดุดีบุก (Sn) TCR คือ 0.0042 ° C
• สำหรับวัสดุสังกะสี (Zn) TCR คือ 0.0037 ° C
• สำหรับวัสดุแมงกานีส (Mn) TCR คือ 0.00001 ° C
• สำหรับวัสดุแทนทาลัม (Ta) TCR คือ 0.0033 ° C

การทดสอบ TCR

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการทดลองความต้านทาน t อธิบายไว้ด้านล่าง

วัตถุประสงค์

วัตถุประสงค์หลักของการทดลองนี้คือการค้นหา TCR ของขดลวดที่กำหนด

เครื่องมือ

เครื่องมือของการทดลองนี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสายเชื่อมต่อ, แครี่ฟอสเตอร์บริดจ์, กล่องต้านทาน, ตัวสะสมตะกั่ว, ปุ่มทางเดียว, ตัวต้านทานต่ำที่ไม่รู้จัก, จ็อกกี้, กัลวาโนมิเตอร์ ฯลฯ

คำอธิบาย

สะพานอุปถัมภ์แครี่ส่วนใหญ่คล้ายกับสะพานเมตรเนื่องจากสะพานนี้สามารถออกแบบให้มีความต้านทาน 4 ตัวเช่น P, Q, R & X และเชื่อมต่อถึงกัน

สะพานวีทสโตน

ในข้างต้น สะพานของ Whetstone , กัลวาโนมิเตอร์ (G), ตัวสะสมตะกั่ว (E) และปุ่มของกัลวาโนมิเตอร์และตัวสะสมคือ K1 & K ตามลำดับ

หากค่าความต้านทานเปลี่ยนไปแสดงว่าไม่มีกระแสไหลผ่าน ‘G’ และความต้านทานที่ไม่รู้จักสามารถกำหนดได้จากความต้านทานที่ทราบสามตัวเช่น P, Q, R & X ความสัมพันธ์ต่อไปนี้ใช้เพื่อกำหนดความต้านทานที่ไม่รู้จัก

P / Q = R / X

Carey foster bridge สามารถใช้ในการคำนวณความเหลื่อมล้ำระหว่างค่าความต้านทานสองค่าที่เกือบเท่ากันและเมื่อทราบค่าหนึ่งค่าอื่นสามารถคำนวณได้ ในสะพานชนิดนี้ค่าความต้านทานสุดท้ายจะถูกลบออกในการคำนวณ เป็นประโยชน์และทำให้สามารถใช้คำนวณความต้านทานที่ทราบได้อย่างง่ายดาย

แครี่อุปถัมภ์สะพาน

ความต้านทานที่เท่ากันเช่น P & Q เชื่อมต่ออยู่ในช่องว่างภายใน 2 & 3 ความต้านทานทั่วไป ‘R’ สามารถเชื่อมต่อภายใน gap1 และ ‘X’ (ความต้านทานที่ไม่รู้จัก) เชื่อมต่ออยู่ภายในช่องว่าง 4 ED คือความยาวสมดุลซึ่งสามารถคำนวณได้จากปลาย 'E' ตามหลักการ Whetstone Bridge

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

ในสมการข้างต้น a & b คือการแก้ไขปลายที่ปลาย E & F & คือความต้านทานสำหรับความยาวของทุกหน่วยในลวดสะพาน หากการทดสอบนี้เป็นไปอย่างต่อเนื่องโดยการเปลี่ยน X & R ความยาวสมดุล 'l2' จะคำนวณจากจุดสิ้นสุด E

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

จากสองสมการข้างต้น

X = R + ρ (11-12)

ให้ l1 & l2 เป็นความยาวสมดุลเมื่อทำการทดสอบข้างต้นผ่านแนวต้านทั่วไป ‘r’ แทนที่จะเป็น ‘R’ & แทนที่จะเป็น X ซึ่งเป็นแถบทองแดงกว้างของความต้านทาน ‘0’

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

ถ้าความต้านทานของขดลวดเป็น X1 & X2 ที่อุณหภูมิเช่น t1oc & t2oc TCR จะเป็น

Α = X2 - X1 / (X1t2 - X2t1)

และถ้าความต้านทานของขดลวดเป็น X0 & X100 ที่อุณหภูมิเช่น 0oc & 100oc TCR จะเป็น

Α = X100 - X0 / (X0 x 100)

ดังนั้นนี่คือทั้งหมดที่เกี่ยวกับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของ ความต้านทาน . จากข้อมูลข้างต้นในที่สุดเราสามารถสรุปได้ว่านี่คือการคำนวณการปรับเปลี่ยนในสารใด ๆ ของความต้านทานไฟฟ้าสำหรับทุกระดับของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ นี่คือคำถามสำหรับคุณหน่วยของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานคืออะไร?