ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. — Студопедия
Поделись с друзьями:
Тема: Снятие температурной характеристики термистора.
Цель: исследовать зависимость сопротивления термистора от температуры, построить график этой зависимости.
Оборудование: термистор в стеклянной пробирке с внешними выводами и изолирующим диском; омметр; термометр; электрический чайник с водой; стакан со льдом; стакан с холодной водой; источник электропитания; соединительные провода.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.
Термистор или терморезистор – это полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого обратно пропорционально зависит от температуры. При повышении температуры электрическое сопротивление термистора уменьшается, а при понижении температуры – оно возрастает.
В этой работе надо измерить электрическое сопротивление термистора при различных температурах и построить график зависимости его сопротивления от температуры. Для этого используется термистор, запаянный в стеклянную пробирку с выведенными наружу контактами термистора — выводами, смотри Рис.
ХОД РАБОТЫ.
1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.
Таблица.
| Температура t, оС | ||||||||
| Сопротивление R, Ом |
2. Соберите установку, показанную на рисунке 2. В стакан с водой и тающим льдом погрузите пробирку с термистором к контактам которого подключите омметр. В стакан поместите термометр.
3. Снимите первое показание термометра 0оСи соответствующее показание омметра и занесите в таблицу.
4. Измерьте сопротивление термистора при температурах 10 оС, 20оС, 30оС, 40оС, 50оС, 60оС, 70оС, используя горячую и холодную воду.
5. Занесите в таблицу полученные показания термометра и соответствующие им показания омметра
6. По данным таблицы постройте график зависимости сопротивления термистора от температуры R(t). По оси абсцисс отложите температуру в оС, а по оси ординат — сопротивление термистора в Ом.
7. Сделайте вывод о проделанной работе.
Контрольные вопросы.
1. Как зависит сопротивление термистора от температуры?
2. Во сколько раз изменилось сопротивление термистора при нагревании от 0о С до 70о С?
3. Одинаково ли изменяется сопротивление термистора в различных интервалах температур?
4. Как, пользуясь терморезистором, омметром и полученным графиком, измерить неизвестную температуру воды в стакане? Проделайте опыт и результат его проверьте термометром
5. Что такое термистор?
6. Как зависит сопротивление полупроводника от температуры?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8.
Тема: Изучение цепей переменного тока.
Цель: проверить закон последовательного соединения активного,
индуктивного и емкостного сопротивления в цепи переменного тока, проверить закон Ома для цепи переменного тока, исследовать сдвиг фаз между силой тока и напряжением
Оборудование: компьютерная программа «Electronics Workbench»
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Калибровка термисторных датчиков
Калибровка термисторов
Измерение температуры
Обзор калибровки
Термистор Пример
Термисторыобладают преимуществом очень высокой чувствительности. к перепадам температуры, но недостатком агрессивно-нелинейная характеристика. Вот характеристическая кривая, показывающая сопротивление типичного Термисторное устройство с отрицательным температурным коэффициентом над диапазон температур от 0 до 100 градусов С.
Рис. 1. Типовая кривая термистора
Как видите, значение изменяется от более 15 кОм до менее
100 Ом.
Изменение происходит наиболее быстро при низких температурах, что дает большую
разрешение для определения соответствующих значений температуры
там. На другом конце диапазона уровни сопротивления меняются.
относительно меньше с температурой и разрешением измерения
относительно беден.
, которые описывают нелинейную форму
характеристика термистора вполне приличная. Наиболее часто используемая форма – это Rt в омах. Производители могут предоставить типичные значения
коэффициенты ka, kb, и kc , или вы
можно откалибровать эти значения для большей точности.
Уравнение Стейнхарта-Харта
Кривые линеаризации термистора
Сравнительно легко откалибровать собственные кривые отклика, если
у вас есть точный эталон измерения температуры.
Преобразовать
значения температуры в Кельвинах и инвертировать. Возьмите соответствующий
измеренные значения сопротивления и вычислить натуральный логарифм. Сейчас,
подобрать коэффициенты полинома третьего порядка в значениях логарифмического сопротивления, чтобы лучше всего соответствовать значениям обратной температуры.
В следующем примере выбраны три точки: две ближе к концам рабочего диапазона и одна ближе к центру. Мы знаем, что измерения не будут полностью точными, поэтому в данные были внесены искусственные ошибки, в результате чего температурные ошибки составили 0,1 градуса Цельсия с переменным знаком в трех измеренных точках.
Добавлены данные с искусственными ошибками в 0,1 градуса
| Сопротивление | Температура |
|---|---|
| 10500 | 9,13 |
| 3200 | 35,56 |
| 77.02 |
Силы логарифмического сопротивления собраны в матрицу,
и обратные температуры в Кельвинах собраны в
вектор.
Коэффициенты модели ка, кб, и kc получаются путем решения следующей матрицы
уравнение.
| Срок | 3-точечный Подходит для | Фактический Кривая |
|---|---|---|
| ка | 1,236*10 -3 | 1,283*10 -3 |
| кб | 2,453*10 -4 | 2,362*10 -4 |
| кс | 4,389*10 -8 | 9,285*10 -8 |
Обе эти формулы дают кривые, которые практически неотличим от Рисунок 1. На следующем изображении различия — ошибки калибровки — что в результате ошибок данных, преднамеренно включенных для 3-точечная посадка.
Рисунок 2. Погрешность установки в градусах
Появляются отклонения в 0,1 градуса, как мы знаем, они должны,
где они были введены в местах расположения измеренных точек
используется для подгонки.
- Калибровка в диапазоне чуть шире, чем диапазон, который вы собираетесь использовать.
- Выберите несколько точек очень близко к границам диапазон, который вы собираетесь использовать.
- Выполните несколько измерений в каждой точке и усредните для уменьшения случайного шума.
- Рассмотрите возможность использования более трех точек и определения коэффициенты наилучшего соответствия с использованием метода наименьших квадратов.
Разрешение измерения балансировки
Линеаризация решает проблему интерпретации
сильно нелинейный отклик, но не проблема неравномерности
разрешение измерения.
Если диапазон не слишком велик, можно сбалансировать разрешение значительно путем измерения в конфигурации с делителем напряжения. Власть термистор от источника регулируемого напряжения, подключите другой конец к земле через точно измеренное сопротивление нагрузки, и обратите внимание на выходное напряжение в месте соединения термистора и нагрузочного резистора.
Рис. 3. Сеть делителя напряжения
Цель состоит в том, чтобы получить относительно однородное соотношение между температурой и измеряемым напряжением. Кривые линеаризации позаботится об остальном. Далее показано отношение между температурой и измеренным напряжением с нагрузочным резистором это примерно половина номинального сопротивления при комнатной температуре.
Рис. 4. Сглаженный отклик термистора в сети делителей
Наклон не сильно меняется в рабочем диапазоне.
Это очень отличается от резкого нелинейного поведения
вы видите в Рисунок 1.
Как это работает? Делитель напряжения
имеет характеристику насыщения, которая меньше реагирует как термистор
сопротивление растет. Эффекты роста и насыщения примерно
баланс.
Измерьте температуру с помощью термистора в конфигурации с делителем напряжения, выполнив следующие действия.
- Рассчитать протекающий ток по измеренному напряжению и точно известное сопротивление нагрузки.
- Определить сопротивление термистора по напряжению через него и известный ток.
- Применить уравнение Стейнхарта-Харта либо с номинальным значения, предоставленные производителем, или с поправкой значения, определенные в результате калибровки, чтобы получить чтение температуры.
- Опционально: преобразовать единицы измерения температуры из Кельвинов до градусов C или градусов F.
Вы можете использовать команду DIVIDER , доступную на этом сайте, для вычисления значения сопротивления с учетом измеренного напряжения.
уровень в конфигурации делителя напряжения. Вы можете использовать команду THERMISTOR , также доступную на этом сайте, для расчета кривых Стейнхарта-Харта с использованием типовых или калиброванных
коэффициенты.
Термистор: характеристики, классификация, символ и применение
Термисторы относятся к классу чувствительных компонентов. Они делятся на термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC) и термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) в соответствии с различными температурными коэффициентами.
Термисторы относятся к классу чувствительных компонентов. Они делятся на термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC) и термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) в соответствии с различными температурными коэффициентами. Типичной характеристикой термистора является то, что он чувствителен к температуре и имеет разные значения сопротивления при разных температурах.
Термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC) имеет более высокое значение сопротивления при более высоких температурах, а термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) имеет более низкое значение сопротивления при более высоких температурах. Оба они относятся к полупроводниковым приборам. 9 Основные характеристики 10 y , его температурный коэффициент сопротивления в 10-100 раз выше, чем у металла, и он может определять температуру изменения 10-6°С;
2. Широкий диапазон рабочих температур , устройства для нормальной температуры подходят для -55 °C ～ 315 °C, высокотемпературные устройства подходят для температур выше 315 °C (в настоящее время до 2000 °C), низкотемпературные температурные устройства подходят для -273 °C ～ -55 °C;
3. Малый объем , может измерять температуру пустот, полостей и кровеносных сосудов в живом организме, которую нельзя измерить другими термометрами;
4.
Прост в использовании, значение сопротивления может быть произвольно выбрано в диапазоне от 0,1 до 100 кОм;
5. Легко обрабатывается в сложные формы и может производиться в больших количествах;
6. Хорошая стабильность и высокая перегрузочная способность.
II. Классификация 1. Термисторы PTC
Термисторы PTC
PTC ( Положительный температурный коэффициент ) Термистор относится к терморезистор, имеющий резкое возрастание сопротивления при определенной температуре и имеющий положительный температурный коэффициент. Может использоваться как датчик постоянной температуры. Материал представляет собой спеченное тело с BaTiO3, SrTiO3 или PbTiO3 в качестве основного компонента. Небольшое количество оксидов, таких как Nb, Ta, Bi, Sb, Y и La, легируют, чтобы контролировать атомную валентность, чтобы сделать их полупроводниковыми. Полупроводниковые материалы, такие как BaTiO3, называются полупроводниковой (корпусной) керамикой; при этом добавляют оксиды Mn, Fe, Cu, Cr и другие добавки, повышающие их температурный коэффициент положительного сопротивления, и формируют их по общекерамической технологии.
Высокотемпературное спекание сделает титанат платины и его твердый раствор полупроводниковым, чтобы получить термисторный материал с положительными характеристиками. Его температурный коэффициент и температура точки Кюри зависят от состава и условий спекания (особенно от температуры охлаждения).
Кристаллы титаната бария относятся к структуре перовскита и представляют собой сегнетоэлектрический материал. Чистый титанат бария является изоляционным материалом. При добавлении редкоземельных элементов в материал титаната бария удельное сопротивление резко возрастает на несколько порядков вблизи температуры Кюри после соответствующей термической обработки, что приводит к эффекту PTC. Этот эффект связан с сегнетоэлектричеством кристалла BaTiO3 и его окружения. Полупроводниковая керамика из титаната бария представляет собой поликристаллический материал, и между зернами существует межкристаллитная граница раздела. Когда полупроводниковая керамика достигает определенной температуры или напряжения, граница зерен изменяется, и резко меняется сопротивление.
Эффект PTC полупроводниковой керамики на основе титаната бария возникает на границе зерен. Для проводящих электронов граница между зернами эквивалентна потенциальному барьеру. При низкой температуре из-за действия электрического поля в титанате бария электроны легко пересекают потенциальный барьер, поэтому значение сопротивления невелико. Когда температура повышается почти до температуры точки Кюри (т. е. до критической температуры), внутреннее электрическое поле разрушается и не может помочь проводящим электронам пересечь потенциальный барьер. Это эквивалентно повышению потенциального барьера и резкому увеличению значения сопротивления, что приводит к эффекту ПТК. Физические модели эффекта PTC полупроводниковой керамики из титаната бария включают модель барьера на поверхности моря, модель вакансии бария Дэниелса и модель наложенного барьера. Они объяснили эффект PTC с разных сторон.
Эксперименты показывают, что в диапазоне рабочих температур терморезистивные характеристики термисторов с положительным температурным коэффициентом могут быть аппроксимированы экспериментальными формулами:
RT = RT0 ex-pop (T-T0)
представляют собой значение сопротивления при температуре T и T0, а Bp — постоянная материала материала.
Эффект ПТК возникает из-за природы границ керамических зерен и осажденных фаз между границами зерен и значительно изменяется в зависимости от типа, концентрации и условий спекания примесей. В последнее время в практических термисторах используются кремниевые термочувствительные элементы с кремниевыми чипами. Это небольшой и очень точный термистор PTC, который состоит из кремния n-типа.
Термистор PTC появился в 1950 году, а затем в 1954 году появился термистор PTC с титанатом бария в качестве основного материала. Термисторы PTC используются в промышленности для измерения и контроля температуры, а также для определения и регулировки температуры в определенных частях автомобилей. Они также широко используются в гражданском оборудовании, например, для контроля температуры воды проточных водонагревателей, температуры кондиционеров и, используя ее нагрев для анализа газов и скорости ветра. Ниже приводится пример применения нагревателей, двигателей, трансформаторов, мощных транзисторов и других устройств для защиты от нагрева и перегрева.
Термистор PTC может использоваться не только в качестве нагревательного элемента, но и в качестве «переключателя». У него три функции: чувствительный элемент, нагреватель и выключатель. Называется «термопереключатель». После прохождения тока через элемент температура нагревательного элемента повышается. Когда температура превышает температуру точки Кюри, сопротивление увеличивается, тем самым ограничивая увеличение тока. Таким образом, уменьшение тока приводит к снижению температуры компонента, а уменьшение значения сопротивления приводит к увеличению тока в цепи. По мере повышения температуры температура компонента промывается и повторяется. Поэтому он имеет функцию поддержания температуры в определенном диапазоне, а также выполняет функцию переключателя. Использование этой характеристики термостойкости для создания источника тепла. В качестве нагревательных элементов выступают обогреватели, электроутюги, сушильные шкафы, кондиционеры и т. д., а также они могут защитить электроприборы от перегрева.
Термисторы NTC
NTC ( Отрицательный температурный коэффициент ) Термистор относится к термистору с отрицательным температурным коэффициентом, который экспоненциально уменьшается с температурой. Его материал представляет собой полупроводниковую керамику, изготовленную из двух или более оксидов металлов, таких как марганец, медь, кремний, кобальт, железо, никель, цинк и т. д., которые полностью перемешаны, отформованы и спечены. Это может быть сделано с термистором с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Его удельное сопротивление и постоянная материала варьируются в зависимости от соотношения состава материала, атмосферы спекания, температуры спекания и структурного состояния. Также появились неоксидные термисторные материалы NTC, такие как карбид кремния, селенид олова и нитрид тантала.
Большая часть термочувствительной полупроводниковой керамики NTC представляет собой оксидную керамику со структурой шпинели или другими структурами.
Имеют отрицательный температурный коэффициент. Значение сопротивления можно приблизительно представить следующим образом:
Rt = RT * EXP (Bn * (1 / T-1 / T0)
Где RT и RT0 — значения сопротивления при температуре T и T0 соответственно, а Bn — постоянная материала.Само керамическое зерно изменяет свое удельное сопротивление за счет изменений температуры, которые определяются характеристиками полупроводника.
Разработка термисторов NTC прошла долгий период. В 1834 году ученые впервые обнаружили, что сульфид серебра имеет отрицательный температурный коэффициент. В 1930 году ученые обнаружили, что закись-окись меди также обладает отрицательным температурным коэффициентом, и успешно использовали ее в цепи температурной компенсации авиационных приборов. Впоследствии, благодаря постоянному развитию транзисторной техники, в исследованиях термисторов был достигнут значительный прогресс. Термистор NTC был разработан в 1960. Термисторы NTC широко используются для измерения температуры, контроля температуры и температурной компенсации.
под
Точность термисторного термометра может достигать 0,1 ℃, а время измерения температуры может быть менее 10 с. Он подходит не только для амбарных термометров, но и для измерения температуры при хранении продуктов питания, в медицине и здравоохранении, в научном сельском хозяйстве, в океанах, в глубоких колодцах, на больших высотах, в ледниках и т. д. терморезистор CTR ( Резистор критической температуры ) имеет резкое изменение отрицательного сопротивления. При определенной температуре значение сопротивления резко уменьшается с повышением температуры и имеет большой отрицательный температурный коэффициент. Составляющий материал представляет собой смешанное спеченное тело оксидов элементов, таких как ванадий, барий, стронций и фосфор. Это полустеклянный полупроводник, также известный как стеклянный термистор. Резкие изменения температуры при добавлении германия, вольфрама, молибдена и других оксидов. Это связано с разницей в периоде решетки оксида ванадия из-за включения различных примесей.
Если пятиокись ванадия становится двуокисью ванадия в соответствующей восстановительной атмосфере, температура электрического сопротивления быстро изменяется; если он далее восстанавливается до триоксида ванадия, быстрое изменение исчезает. Температура, при которой происходит резкое изменение сопротивления, соответствует месту резкого изменения физических свойств полупроводника-полустекла, поэтому происходит фазовый сдвиг полупроводник-металл. CTR можно использовать в качестве аварийного сигнала контроля температуры и других приложений.
III. Символ термистора
Что означает буква в электрическом символе термистора, некоторые из них o, а некоторые VM. Те, что с o, являются термисторами, а U — варистором. Сопротивление термистора изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха. Одни имеют отрицательный температурный коэффициент и представлены NTC; некоторые имеют положительный температурный коэффициент и представлены PTC. Используйте &тета; или t ° выражать температуру.
Его текстовый символ — «RT». На принципиальной схеме обозначения фоторезистора и термистора обозначаются как:
обозначения фоторезистора и термистора
Обозначение термистора на принципиальной схеме:
термистор на схеме
IV. Тест термистора
При тестировании используйте диапазон сопротивления мультиметра (в зависимости от номинального значения сопротивления для определения диапазона, как правило, R × 1 диапазон), который можно разделить на два этапа: во-первых, испытание при нормальной температуре (температура в помещении близкой к 25 °C), используйте зажим типа «крокодил» вместо измерительного провода. Измерьте фактическое сопротивление двух контактов термистора PTC и сравните его с номинальным сопротивлением. Нормально, если разница между ними находится в пределах ± 2 Ом. Если фактическое значение сопротивления выше ± 2 Ом; от номинального значения сопротивления, это указывает на плохую работу или повреждение.
Во-вторых, на основе испытания при нормальной температуре вторым этапом испытания может быть испытание на нагрев, нагревание источника тепла (например, электрического паяльника) рядом с термистором и наблюдение за универсальным индикатором. Видно, что универсальный показатель меняется с повышением температуры, что свидетельствует о постепенном изменении значения сопротивления (значение сопротивления NTC термистора с отрицательным температурным коэффициентом станет меньше, а значение сопротивления PTC с положительным температурным коэффициентом термистор станет больше). Когда значение сопротивления изменяется до определенного значения, данные на дисплее постепенно стабилизируются, указывая на то, что термистор в норме. Если значение сопротивления не меняется, это означает, что его характеристики ухудшились и его нельзя использовать дальше.
Во время проверки следует обратить внимание на следующие моменты:
(1) Rt измеряется производителем при температуре окружающей среды 25 °C, поэтому при измерении Rt с помощью мультиметра его также следует выполнять при температуре окружающей среды.
температура должна быть близка к 25 °C, чтобы гарантировать возможность проведения испытания.
(2) Мощность измерения не должна превышать указанного значения, чтобы избежать ошибок измерения, вызванных тепловыми эффектами тока.
(3) Во время теста не зажимайте термистор рукой, чтобы температура человека не повлияла на тест.
(4) Будьте осторожны, не размещайте источник тепла слишком близко к термистору PTC и не прикасайтесь напрямую к термистору во избежание его возгорания.
В. Области применения
газоанализатор
Использование термисторов очень широко, основные области применения: Использование нелинейных характеристик для выполнения функций напряжения стабилизация, ограничение, переключение и защита от сверхтока; Используйте разницу характеристик рассеивания тепла в разных средах для измерения расхода, расхода, уровня жидкости, теплопроводности, степени вакуума и т. д.; Используйте тепловую инерцию в качестве временной задержки.
Термисторы также могут использоваться в качестве компонентов электронной схемы для температурной компенсации измерительной линии и температурной компенсации холодного спая. Характеристика самонагрева термистора NTC может использоваться для реализации автоматической регулировки усиления, которая формирует схему стабилизации амплитуды RC-генератора, схему задержки и схему защиты. Когда температура самонагрева намного выше температуры окружающей среды, значение сопротивления также связано с условиями рассеивания тепла в окружающей среде. Поэтому характеристики термистора часто используются в расходомерах, расходомерах, газоанализаторах и теплоанализаторах для изготовления специальных элементов обнаружения. Термисторы PTC в основном используются для защиты от перегрева электрооборудования, бесконтактных реле, постоянной температуры, автоматической регулировки усиления, запуска двигателя, временной задержки, автоматического размагничивания цветных телевизоров, пожарной сигнализации и температурной компенсации.