Sıcaklık Dayanımı Katsayısı: Formül ve Ölçme Yöntemi

Sıcaklık Dayanımı Katsayısı: Formül ve Ölçme Yöntemi

Elektrik veya elektronik mühendisliğinde, akımın akışı bir telden sağlandığında, telin direnç . Mükemmel durumda, direnç '0' olmalıdır, ancak bu gerçekleşmez. Tel ısındığında tel direnci sıcaklığa göre değişir. Direncin sabit kalması tercih edilse de ve sıcaklık . Bu nedenle, sıcaklıktaki her derece değişim için direnç değişimi, sıcaklık direnç katsayısı (TCR) olarak adlandırılır. Genel olarak, bir alfa (α) sembolü ile gösterilir. Saf metalin TCR'si pozitiftir çünkü sıcaklık arttığında direnç artacaktır. Bu nedenle, direncin alaşımları değiştirmediği yerlerde son derece hassas dirençler yapmak gereklidir.

Sıcaklık Direnç Katsayısı (TCR) nedir?

Pek çok malzeme olduğunu ve bazı dirençleri olduğunu biliyoruz. Malzemenin direnci, sıcaklık değişimine bağlı olarak değişir. Sıcaklıkta değişiklik ile dirençte değişiklik arasındaki ana ilişki TCR (direnç sıcaklık katsayısı) adı verilen parametre ile verilebilir. Α (alfa) sembolü ile belirtilir.




Elde edilebilen malzemeye bağlı olarak, TCR, pozitif sıcaklık direnç katsayısı (PTCR) ve negatif sıcaklık direnç katsayısı (NTCR) gibi iki türe ayrılır.



sıcaklık-direnç katsayısı

sıcaklık-direnç katsayısı

PTCR'de sıcaklık arttığında malzeme direnci artacaktır. Örneğin iletkenlerde sıcaklık arttığında direnç de artar. Konstantan ve manganin gibi alaşımlar için direnç, belirli bir sıcaklık aralığında oldukça düşüktür. İçin yarı iletkenler izolatörler (kauçuk, ahşap), silikon ve germanyum ve elektrolitler gibi. direnç azalır ve sıcaklık artar, dolayısıyla negatif TCR değerine sahiptirler.



Metalik iletkenlerde, sıcaklık arttığında aşağıdakileri içeren aşağıdaki faktörler nedeniyle direnç artacaktır.

  • Doğrudan erken direnişte
  • Sıcaklık artışı.
  • Malzemenin ömrüne göre.

Sıcaklık Dayanımı Katsayısı Formülü

İletken direnci, sıcaklık verilerinden, TCR'den, tipik sıcaklıktaki direncinden ve sıcaklık çalışmasından belirlenen herhangi bir sıcaklıkta hesaplanabilir. Genel anlamda, direnç formülünün sıcaklık katsayısı olarak ifade edilebilir


R = Rref(1 + α (T - Tref))



Nerede

'R', 'T' sıcaklığındaki dirençtir

'Rref'Tref' sıcaklığındaki dirençtir

'Α', malzemenin TCR'sidir

'T', malzemenin ° Celsius cinsinden sıcaklığıdır

'Tref', sıcaklık katsayısının belirtildiği kullanılan referans sıcaklıktır.

Direnç katsayısının SI birimi santigrat derece veya (/ ° C)

sıcaklık direnci katsayısı birimi ° Celsius

Normalde, TCR (sıcaklık direnç katsayısı) 20 ° C sıcaklıkla tutarlıdır. Yani normalde bu sıcaklık normal oda sıcaklığı olarak alınır. Böylece direnç türevinin sıcaklık katsayısı normalde bunu açıklamaya alır:

R = R20 (1 + α20 (T − 20))

Nerede

'R20', 20 ° C'deki dirençtir

'Α20', 20 ° C'deki TCR'dir

TCR'si dirençler pozitif, negatif, aksi takdirde sabit bir sıcaklık aralığında sabittir. Doğru direncin seçilmesi, sıcaklık telafisi ihtiyacını durdurabilir. Bazı uygulamalarda sıcaklığı ölçmek için büyük bir TCR gerekir. Bu uygulamalar için tasarlanan dirençler şu şekilde bilinir: termistörler PTC (pozitif sıcaklık direnç katsayısı) veya NTC (negatif sıcaklık direnç katsayısı) olan.

Pozitif Sıcaklık Dayanımı Katsayısı

Bir PTC, sıcaklıkları yükseldikten sonra elektrik direnci de yükselen bazı malzemeleri ifade eder. Daha yüksek katsayıya sahip malzemeler, sıcaklıkla birlikte hızlı bir artış gösterir. Bir PTC malzemesi, belirli bir i / p voltajı için kullanılan en yüksek sıcaklığı elde edecek şekilde tasarlanmıştır çünkü belirli bir noktada sıcaklık arttığında elektrik direnci artacaktır. Dirençli malzemelerin pozitif sıcaklık katsayısı, doğal olarak NTC malzemeleri veya doğrusal dirençli ısıtma gibi kendi kendini sınırlar. PTC kauçuk gibi bazı malzemelerin de üssel olarak artan sıcaklık katsayısı vardır.

Negatif Sıcaklık Direnç Katsayısı

Bir NTC, sıcaklıkları yükseldiğinde elektrik direnci azalacak olan bazı malzemeleri ifade eder. Daha düşük katsayıya sahip malzemeler sıcaklıkla birlikte hızlı bir düşüş gösterirler. NTC malzemeleri esas olarak akım sınırlayıcıları, termistörler ve sıcaklık sensörleri .

TCR Ölçüm Yöntemi

Bir direncin TCR'sine, uygun bir sıcaklık aralığında direnç değerleri hesaplanarak karar verilebilir. TCR, direnç değerinin normal eğimi bu aralığın üzerinde olduğunda ölçülebilir. Doğrusal ilişkiler için, direncin sıcaklık katsayısı her sıcaklıkta sabit olduğundan bu kesindir. Ancak doğrusal olmayan gibi katsayısı olan birkaç malzeme vardır. Örneğin, bir Nikrom dirençler için kullanılan popüler bir alaşımdır ve TCR ile sıcaklık arasındaki ana ilişki doğrusal değildir.

TCR normal eğim gibi ölçüldüğünden, TCR ve sıcaklık aralığını belirlemek çok önemlidir. TCR, -55 ° C ila 25 ° C ve 25 ° C ila 125 ° C sıcaklık aralığı için MIL-STD-202 tekniği gibi standartlaştırılmış bir yöntem kullanılarak hesaplanabilir. Çünkü hesaplanan maksimum değer TCR olarak tanımlanır. Bu teknik, düşük zorlu uygulamalar için amaçlanan bir direnci göstererek yukarıda sık sık etkiler.

Bazı Malzemeler İçin Sıcaklık Dayanımı Katsayısı

Bazı malzemelerin 20 ° C sıcaklıktaki TCR'si aşağıda listelenmiştir.

  • Gümüş (Ag) malzeme için TCR 0,0038 ° C'dir
  • Bakır (Cu) malzeme için TCR 0,00386 ° C'dir
  • Altın (Au) malzeme için TCR 0,0034 ° C'dir
  • Alüminyum (Al) malzeme için TCR 0,00429 ° C'dir
  • Tungsten (W) malzemesi için TCR 0,0045 ° C'dir
  • Demir (Fe) malzeme için TCR 0,00651 ° C'dir.
  • Platin (Pt) malzeme için TCR 0,003927 ° C'dir
  • Manganin (Cu =% 84 + Mn =% 12 + Ni =% 4) malzemesi için TCR 0,000002 ° C'dir.
  • Cıva (Hg) malzemesi için TCR 0.0009 ° C'dir
  • Nikrom (Ni =% 60 + Cr =% 15 + Fe =% 25) malzemesi için TCR 0.0004 ° C'dir.
  • Constantan (Cu =% 55 + Ni =% 45) malzemesi için TCR 0,00003 ° C'dir.
  • Karbon (C) malzeme için TCR - 0.0005 ° C'dir
  • Germanyum (Ge) malzeme için TCR - 0.05 ° C'dir.
  • Silikon (Si) malzeme için TCR - 0,07 ° C'dir
  • Pirinç (Cu =% 50 - 65 + Zn =% 50 - 35) malzeme için TCR 0.0015 ° C'dir.
  • Nikel (Ni) malzeme için TCR 0,00641 ° C'dir.
  • Kalay (Sn) malzeme için TCR 0.0042 ° C'dir
  • Çinko (Zn) malzeme için TCR 0,0037 ° C'dir.
  • Manganez (Mn) malzemesi için TCR 0.00001 ° C'dir.
  • Tantal (Ta) malzeme için TCR 0,0033 ° C'dir.

TCR Deneyi

direnç deneyinin sıcaklık katsayısı t aşağıda açıklanmıştır.

Amaç

Bu deneyin temel amacı, belirli bir bobinin TCR'sini keşfetmektir.

Aparat

Bu deneyin aparatı esas olarak bağlantı telleri, Carey koruyucu köprü, direnç kutusu, kurşun akümülatör, tek yönlü anahtar, bilinmeyen düşük direnç, jokey, galvanometre vb. İçerir.

Açıklama

Bir Carey koruyucu köprü temelde bir metrelik köprüye benzer çünkü bu köprü P, Q, R & X gibi 4 dirençle tasarlanabilir ve bunlar birbirine bağlanır.

Wheatstone köprüsü

Wheatstone köprüsü

Yukarıda Whetstone köprüsü galvanometre (G), kurşun akümülatör (E) ve galvanometre ve akümülatörün tuşları sırasıyla K1 ve K'dir.

Direnç değerleri değiştirilirse, 'G' üzerinden akış akımı yoktur ve bilinmeyen direnç, P, Q, R ve X gibi bilinen üç dirençten herhangi biri tarafından belirlenebilir. Bilinmeyen direnci belirlemek için aşağıdaki ilişki kullanılır.

P / Q = R / X

Carey koruyucu köprü, neredeyse eşit iki direnç arasındaki eşitsizliği hesaplamak için kullanılabilir ve bir değer bilinerek diğer değer hesaplanabilir. Bu tür bir köprüde son dirençler hesaplamayla kaldırılır. Bu bir faydadır ve dolayısıyla bilinen bir direnci hesaplamak için kolayca kullanılabilir.

carey-koruyucu-köprü

Carey-koruyucu-köprü

P ve Q gibi eşit dirençler dahili boşluklar 2 ve 3'e bağlanır, tipik direnç 'R' boşluk1 içinde bağlanabilir ve 'X' (bilinmeyen direnç) boşluk4 içinde bağlanır. ED, 'E' ucundan hesaplanabilen dengeleme uzunluğudur. Whetstone Bridge ilkesine göre

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

Yukarıdaki denklemde, a & b, E & F ucundaki son modifikasyonlardır ve köprü telindeki her birimin uzunluğu için dirençtir. Bu test X & R değiştirilerek sürekli yapılıyorsa, dengeleme uzunluğu 'l2', E sonundan hesaplanır.

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

Yukarıdaki iki denklemden,

X = R + ρ (11-12)

Yukarıdaki test, 'R' yerine tipik bir 'r' direnci ve X yerine '0' dirençli geniş bir bakır şerit ile yapıldığında dengeleme uzunlukları l1 ve l2 olsun.

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

Bobin dirençleri t1oc & t2oc gibi sıcaklıklarda X1 ve X2 ise, o zaman TCR

Α = X2 - X1 / (X1t2 - X2t1)

Ayrıca bobin dirençleri 0oc ve 100oc gibi sıcaklıklarda X0 ve X100 ise, o zaman TCR

Α = X100 - X0 / (X0 x 100)

Bu nedenle, tüm bunlar sıcaklık katsayısı ile ilgilidir. direnç . Son olarak, yukarıdaki bilgilerden, bunun, her sıcaklık değişikliği seviyesi için herhangi bir elektrik direnci maddesinde değişiklik hesaplaması olduğu sonucuna varabiliriz. İşte size bir soru, sıcaklık direnç katsayısının birimi nedir?