معامل درجة الحرارة للمقاومة: الصيغة وطريقة القياس

جرب أداة القضاء على المشاكل





في الهندسة الكهربائية أو الإلكترونية ، عندما يتدفق التيار من خلال سلك ، فإنه يحصل على حرارة بسبب السلك مقاومة . في حالة ممتازة ، يجب أن تكون المقاومة '0' ولكن هذا لا يحدث. عندما يسخن السلك ، تتغير مقاومة السلك وفقًا لدرجة الحرارة. على الرغم من أنه يفضل أن تبقى المقاومة مستقرة وأن تكون مستقلة عنها درجة الحرارة . لذلك ، يُطلق على تغيير المقاومة لكل تغيير درجة داخل درجة الحرارة معامل درجة الحرارة للمقاومة (TCR). بشكل عام ، يتم الإشارة إليه برمز ألفا (α). يكون TCR للمعدن النقي موجبًا لأنه عندما ترتفع درجة الحرارة ، تزداد المقاومة. لذلك ، من الضروري عمل مقاومات عالية الدقة حيثما لا تؤدي المقاومة إلى تعديل السبائك.

ما هو معامل درجة الحرارة للمقاومة (TCR)؟

نعلم أن هناك العديد من المواد ولديها بعض المقاومة. تتغير مقاومة المواد بناءً على اختلاف درجة الحرارة. يمكن إعطاء العلاقة الرئيسية بين التعديل في درجة الحرارة والتعديل في المقاومة بواسطة المعلمة المسماة TCR (معامل درجة الحرارة للمقاومة). يشار إليه بالرمز α (ألفا).




بناءً على المواد التي يمكن الحصول عليها ، يتم فصل TCR إلى نوعين مثل معامل درجة الحرارة الموجب للمقاومة (PTCR) ومعامل درجة الحرارة السالب للمقاومة (NTCR).

معامل درجة الحرارة للمقاومة

معامل درجة الحرارة للمقاومة



في PTCR ، عند زيادة درجة الحرارة ، ستزداد مقاومة المواد. على سبيل المثال ، في الموصلات عندما تزداد درجة الحرارة تزداد المقاومة أيضًا. بالنسبة للسبائك مثل Constantan و manganin ، تكون المقاومة منخفضة جدًا على مدى درجة حرارة معينة. بالنسبة أشباه الموصلات مثل العوازل (المطاط والخشب) والسيليكون والجرمانيوم والإلكتروليتات. تقلل المقاومة ثم تزداد درجة الحرارة وبالتالي يكون لها TCR سالب.

في الموصلات المعدنية ، عندما تزداد درجة الحرارة ، تزداد المقاومة بسبب العوامل التالية والتي تشمل ما يلي.

  • مباشرة على المقاومة المبكرة
  • ارتفاع درجة الحرارة.
  • بناء على عمر المادة.

معادلة معامل درجة الحرارة للمقاومة

يمكن حساب مقاومة الموصل عند أي درجة حرارة محددة من بيانات درجة الحرارة ، وهي TCR ، ومقاومتها عند درجة الحرارة النموذجية وتشغيل درجة الحرارة. بشكل عام ، معامل درجة حرارة صيغة المقاومة يمكن التعبير عنها كـ


ص = صالمرجع(1 + α (T - Tref))

أين

'R' هي المقاومة عند درجة حرارة 'T'

'Rالمرجعهي المقاومة عند درجة حرارة 'تريف'

'α' هو TCR للمادة

'T' هي درجة حرارة المادة بالدرجة المئوية

'Tref' هي درجة الحرارة المرجعية المستخدمة والتي تم تحديد معامل درجة الحرارة لها.

ال وحدة SI لمعامل درجة حرارة المقاومة هو لكل درجة مئوية أو (/ درجة مئوية)

ال وحدة معامل درجة حرارة المقاومة هو درجة مئوية

عادة ، يتوافق TCR (معامل درجة الحرارة للمقاومة) مع درجة حرارة 20 درجة مئوية. لذلك عادة ما تؤخذ درجة الحرارة هذه على أنها درجة حرارة الغرفة العادية. وهكذا معامل درجة الحرارة لاشتقاق المقاومة عادة ما يأخذ هذا في الوصف:

R = R20 (1 + α20 (T − 20))

أين

'R20' هي المقاومة عند 20 درجة مئوية

'α20' هو TCR عند 20 درجة مئوية

إن TCR لـ المقاومات موجب ، وسالب ، وإلا فهو ثابت على مدى ثابت لدرجة الحرارة قد يؤدي اختيار المقاوم الصحيح إلى إيقاف الحاجة إلى تعويض درجة الحرارة. مطلوب TCR كبير لقياس درجة الحرارة في بعض التطبيقات. تُعرف المقاومات المخصصة لهذه التطبيقات باسم الثرمستورات ، التي لها PTC (معامل درجة حرارة موجب للمقاومة) أو NTC (معامل درجة حرارة سلبي للمقاومة).

معامل درجة الحرارة الموجب للمقاومة

تشير PTC إلى بعض المواد التي تعاني بمجرد ارتفاع درجة حرارتها ثم زيادة المقاومة الكهربائية أيضًا. تظهر المواد ذات المعامل الأعلى ارتفاعًا سريعًا مع درجة الحرارة. تم تصميم مادة PTC لتحقيق أقصى درجة حرارة مستخدمة لجهد i / p معين لأنه عند نقطة معينة عندما تزداد درجة الحرارة ، ستزداد المقاومة الكهربائية. معامل درجة الحرارة الإيجابية لمواد المقاومة محدد ذاتيًا بشكل طبيعي ليس مثل مواد NTC أو تسخين المقاومة الخطية. تحتوي بعض المواد مثل مطاط PTC أيضًا على معامل درجة حرارة مرتفع بشكل كبير

معامل درجة الحرارة السالبة للمقاومة

يشير NTC إلى بعض المواد التي تعاني بمجرد ارتفاع درجة حرارتها ثم تنخفض المقاومة الكهربائية. المواد ذات المعامل المنخفض تظهر انخفاضًا سريعًا مع درجة الحرارة. تستخدم مواد NTC بشكل أساسي في صنع محددات التيار والثرمستورات و مجسات درجة الحرارة .

طريقة قياس TCR

يمكن تحديد TCR للمقاوم من خلال حساب قيم المقاومة على نطاق مناسب من درجات الحرارة. يمكن قياس TCR عندما يكون الميل الطبيعي لقيمة المقاومة أعلى من هذا الفاصل الزمني. بالنسبة للعلاقات الخطية ، هذا دقيق لأن معامل درجة الحرارة للمقاومة ثابت عند كل درجة حرارة. لكن هناك العديد من المواد التي لها معامل مثل اللاخطية. على سبيل المثال ، يعتبر Nichrome سبيكة شائعة تستخدم للمقاومات ، والعلاقة الرئيسية بين TCR ودرجة الحرارة ليست خطية.

نظرًا لأنه يتم قياس TCR مثل المنحدر العادي ، فمن المهم جدًا تحديد الفاصل الزمني لـ TCR ودرجة الحرارة. يمكن حساب TCR باستخدام طريقة معيارية مثل تقنية MIL-STD-202 لمدى درجة الحرارة من -55 درجة مئوية إلى 25 درجة مئوية و 25 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية. لأن الحد الأقصى للقيمة المحسوبة يتم تحديده على أنه TCR. غالبًا ما تؤثر هذه التقنية أعلاه في الإشارة إلى المقاوم المخصص للتطبيقات منخفضة المتطلبات.

معامل درجة الحرارة للمقاومة لبعض المواد

يتم سرد TCR لبعض المواد عند درجة حرارة 20 درجة مئوية أدناه.

  • بالنسبة لمادة الفضة (Ag) ، يكون TCR هو 0.0038 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة النحاس (Cu) ، يكون TCR هو 0.00386 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة الذهب (Au) ، يكون TCR هو 0.0034 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة الألومنيوم (Al) ، يكون TCR هو 0.00429 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة التنجستن (W) ، يكون TCR هو 0.0045 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة الحديد (Fe) ، يكون TCR هو 0.00651 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة البلاتين (Pt) ، يكون TCR هو 0.003927 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة Manganin (Cu = 84٪ + Mn = 12٪ + Ni = 4٪) ، يكون TCR هو 0.000002 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة الزئبق (Hg) ، يكون TCR هو 0.0009 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة Nichrome (Ni = 60٪ + Cr = 15٪ + Fe = 25٪) ، يكون TCR هو 0.0004 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة القسطنطينية (Cu = 55٪ + Ni = 45٪) ، يكون TCR هو 0.00003 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة الكربون (C) ، يكون TCR - 0.0005 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة الجرمانيوم (Ge) ، يكون TCR - 0.05 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة السيليكون (Si) ، يكون TCR - 0.07 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة النحاس (Cu = 50-65٪ + Zn = 50-35٪) ، يكون TCR هو 0.0015 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة النيكل (Ni) ، يكون TCR هو 0.00641 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة القصدير (Sn) ، يكون TCR هو 0.0042 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة الزنك (Zn) ، يكون TCR هو 0.0037 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة المنغنيز (Mn) ، يكون TCR هو 0.00001 درجة مئوية
  • بالنسبة لمادة التنتالوم (تا) ، تبلغ درجة الحرارة الكلية 0.0033 درجة مئوية

تجربة TCR

ال اختبار معامل درجة الحرارة للمقاومة ر موضح أدناه.

هدف

الهدف الرئيسي من هذه التجربة هو اكتشاف TCR لملف معين.

جهاز

يشمل جهاز هذه التجربة بشكل أساسي توصيل الأسلاك ، وجسر Carey foster ، وصندوق المقاومة ، ومجمع الرصاص ، ومفتاح الاتجاه الواحد ، والمقاوم المنخفض غير المعروف ، والفارس ، والجلفانومتر ، إلخ

وصف

يشبه جسر Carey foster بشكل أساسي جسر متر لأن هذا الجسر يمكن تصميمه بأربع مقاومات مثل P و Q و R & X وهذه متصلة ببعضها البعض.

جسر يتستون

جسر يتستون

في ما سبق جسر ويتستون والجلفانومتر (G) ومجمع الرصاص (E) ومفاتيح الجلفانومتر والمجمع هي K1 & K على التوالي.

إذا تم تغيير قيم المقاومة ، فلا يوجد تيار تدفق عبر 'G' ويمكن تحديد المقاومة غير المعروفة بأي من المقاومة الثلاثة المعروفة مثل P و Q و R & X. يتم استخدام العلاقة التالية لتحديد المقاومة غير المعروفة.

P / Q = R / X

يمكن استخدام جسر Carey foster لحساب التباين بين مقاومتين متساويتين تقريبًا ومعرفة القيمة الواحدة ، يمكن حساب القيمة الأخرى. في هذا النوع من الجسور ، تتم إزالة المقاومة الأخيرة في الحساب. إنها فائدة وبالتالي يمكن استخدامها بسهولة لحساب مقاومة معروفة.

كاري-فوستر-بريدج

كاري-فوستر-بريدج

يتم توصيل المقاومات المتساوية مثل P & Q في الفجوات الداخلية 2 و 3 ، ويمكن توصيل المقاومة النموذجية 'R' داخل الفجوة 1 ويتم توصيل 'X' (مقاومة غير معروفة) داخل الفجوة 4. ED هو طول الموازنة الذي يمكن حسابه من النهاية 'E'. وفقًا لمبدأ جسر ويتستون

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

في المعادلة أعلاه ، a & b هي التعديلات النهائية في نهاية E & F وهي المقاومة لطول كل وحدة في سلك الجسر. إذا كان هذا الاختبار مستمرًا عن طريق تغيير X & R ، فسيتم حساب طول الموازنة 'l2' من النهاية E.

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

من المعادلتين أعلاه ،

س = ص + (11-12)

لنفترض أن l1 و l2 هما أطوال الموازنة بمجرد إجراء الاختبار أعلاه من خلال مقاومة نموذجية 'r' بدلاً من 'R' وبدلاً من X ، شريط نحاسي عريض '0' المقاومة.

0 = r + ρ (11 '-12') أو ρ = r / 11 '-12'

إذا كانت مقاومة الملف هي X1 & X2 في درجات حرارة مثل t1oc & t2oc ، فإن TCR يكون

Α = X2 - X1 / (X1t2 - X2t1)

وأيضًا إذا كانت مقاومة الملف هي X0 و X100 عند درجات حرارة مثل 0 درجة مئوية و 100 درجة مئوية ، فإن TCR يكون

Α = X100 - X0 / (X0 × 100)

وبالتالي ، هذا كله يتعلق بمعامل درجة الحرارة مقاومة . من المعلومات الواردة أعلاه أخيرًا ، يمكننا أن نستنتج أن هذا هو حساب التعديل في أي مادة للمقاومة الكهربائية لكل مستوى من تغير درجة الحرارة. إليك سؤال لك ، ما هي وحدة معامل درجة الحرارة للمقاومة؟