Содержание
Температурный коэффициент сопротивления
Онлайн калькуляторы
На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.
Справочник
Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!
Заказать решение
Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!
Главная Справочник Коэффициенты Температурный коэффициент сопротивления
Определение и формула температурного коэффициента сопротивления
Сопротивление проводника (R) (удельное сопротивление) () зависит от температуры. Эту зависимость при незначительных изменениях температуры () представляют в виде функции:
где — удельное сопротивление проводника при температуре равной 0oC; — температурный коэффициент сопротивления.
Величина служит характеристикой связи электросопротивления с температурой.
При температурах, принадлежащих диапазону , у большинства металлов рассматриваемый коэффициент остается постоянным. Для чистых металлов температурный коэффициент сопротивления часто принимают равным
Иногда говорят о среднем температурном коэффициенте сопротивления, определяя его как:
где — средняя величина температурного коэффициента в заданном интервале температур ().
Температурный коэффициент сопротивления для разных веществ
Большая часть металлов имеет температурный коэффициент сопротивления больше нуля. Это означает, что сопротивление металлов с ростом температуры возрастает. Это происходит как результат рассеяния электронов на кристаллической решетке, которая усиливает тепловые колебания.
При температурах близких к абсолютному нулю (-273oС) сопротивление большого числа металлов резко падает до нуля. Говорят, что металлы переходят в сверхпроводящее состояние.
Полупроводники, не имеющие примесей, обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Их сопротивление при увеличении температуры уменьшается. Это происходит вследствие того, что увеличивается количество электронов, которые переходят в зону проводимости, значит, при этом увеличивается число дырок в единице объема полупроводника.
Растворы электролитов имеют . Сопротивление электролитов при увеличении температуры уменьшается. Это происходит потому, что рост количества свободных ионов в результате диссоциации молекул превышает увеличение рассеивания ионов в результате столкновений с молекулами растворителя. Надо сказать, что температурный коэффициент сопротивления для электролитов является постоянной величиной только в малом диапазоне температур.
Единицы измерения
Основной единицей измерения температурного коэффициента сопротивления в системе СИ является:
Примеры решения задач
|
Понравился сайт? Расскажи друзьям! |
|
||
Температурный коэффициент сопротивления железа.
Температурный коэффициент электрического сопротивления
Температурный коэффициент электрического сопротивления
Температу́рный коэффицие́нт электри́ческого сопротивле́ния
— величина, равная относительному изменению электрического сопротивления участка электрической цепи или удельного сопротивления вещества при изменении температуры на единицу.
Температурный коэффициент сопротивления характеризует зависимость электрического сопротивления от температуры и измеряется в кельвинах в минус первой степени (K −1).
Также часто применяется термин «температурный коэффициент проводимости»
. Он равен обратному значению коэффициента сопротивления.
Температурная зависимость сопротивления металлических сплавов
, газов
, легированных полупроводников
и электролитов
носит более сложный характер.
Wikimedia Foundation
.
2010
.
Смотреть что такое «Температурный коэффициент электрического сопротивления» в других словарях:
температурный коэффициент удельного электрического сопротивления проводникового материала
— Отношение производной удельного электрического сопротивления проводникового материала по температуре к этому сопротивлению.
[ГОСТ 22265 76] Тематики материалы проводниковые … Справочник технического переводчика
Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления проводникового материала
— 29. Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления проводникового материала Отношение производной удельного электрического сопротивления проводникового материала по температуре к этому сопротивлению Источник: ГОСТ 22265 76:… …
ГОСТ 6651-2009: Государственная система обеспечения единства измерений. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний
— Терминология ГОСТ 6651 2009: Государственная система обеспечения единства измерений. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний оригинал документа: 3.18 время термической реакции … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 8.625-2006: Государственная система обеспечения единства измерений.
Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний
— Терминология ГОСТ Р 8.625 2006: Государственная система обеспечения единства измерений. Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний оригинал документа: 3.18 время термической реакции: Время … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Условное графическое обозначение термометра сопротивления Термометр сопротивления электронный прибор, предназначенный для измерения температуры и основанный на зависимости электрического сопротивления … Википедия
Прибор для измерения температуры (См. Температура), принцип действия которого основан на изменении электрического сопротивления чистых металлов, сплавов и полупроводников с температурой (на увеличении сопротивления R с повышением… …
Алюминий
— (Aluminum) Сплавы и производство алюминия, общая характеристика Al Физические и химические свойства алюминия, получение и нахождение в природе Al, применение алюминия Содержание Содержание Раздел 1.
Название и история открытия. Раздел 2. Общая… … Энциклопедия инвестора
Тепловой расходомер расходомер, в котором для измерения скорости потока жидкости или газа используется эффект переноса тепла от нагретого тела подвижной средой. Различают калориметрические и термоанемометрические расходомеры. Содержание 1… … Википедия
13 Магний ← Алюминий → Кремний B Al ↓ Ga … Википедия
— (латинское Ferrum) Fe, химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева; атомный номер 26, атомная масса 55,847; блестящий серебристо белый металл. Элемент в природе состоит из четырёх стабильных изотопов: 54Fe (5,84%),… … Большая советская энциклопедия
Сопротивление проводника (R) (удельное сопротивление) () зависит от температуры. Эту зависимость при незначительных изменениях температуры () представляют в виде функции:
где — удельное сопротивление проводника при температуре равной 0 o C; — температурный коэффициент сопротивления.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Температурным коэффициентом электрического сопротивления
() называют физическую величину, равную относительному приращению (R) участка цепи (или удельного сопротивления среды ()), которое происходит при нагревании проводника на 1 o С.
Математически определение температурного коэффициента сопротивления можно представить как:
Величина служит характеристикой связи электросопротивления с температурой.
При температурах, принадлежащих диапазону , у большинства металлов рассматриваемый коэффициент остается постоянным. Для чистых металлов температурный коэффициент сопротивления часто принимают равным
Иногда говорят о среднем температурном коэффициенте сопротивления, определяя его как:
где — средняя величина температурного коэффициента в заданном интервале температур ().
Температурный коэффициент сопротивления для разных веществ
Большая часть металлов имеет температурный коэффициент сопротивления больше нуля. Это означает, что сопротивление металлов с ростом температуры возрастает. Это происходит как результат рассеяния электронов на кристаллической решетке, которая усиливает тепловые колебания.
При температурах близких к абсолютному нулю (-273 o С) сопротивление большого числа металлов резко падает до нуля.
Говорят, что металлы переходят в сверхпроводящее состояние.
Полупроводники, не имеющие примесей, обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Их сопротивление при увеличении температуры уменьшается. Это происходит вследствие того, что увеличивается количество электронов, которые переходят в зону проводимости, значит, при этом увеличивается число дырок в единице объема полупроводника.
Растворы электролитов имеют . Сопротивление электролитов при увеличении температуры уменьшается. Это происходит потому, что рост количества свободных ионов в результате диссоциации молекул превышает увеличение рассеивания ионов в результате столкновений с молекулами растворителя. Надо сказать, что температурный коэффициент сопротивления для электролитов является постоянной величиной только в малом диапазоне температур.
Единицы измерения
Основной единицей измерения температурного коэффициента сопротивления в системе СИ является:
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Лампа накаливания, имеющая спираль из вольфрама включена в сеть с напряжением B, по ней идет ток А. Какой будет температура спирали, если при температуре o С она имеет сопротивление Ом? Температурный коэффициент сопротивления вольфрама .
|
| Решение | В качестве основы для решения задачи используем формулу зависимости сопротивления от температуры вида:
где — сопротивление вольфрамовой нити при температуре 0 o C. Выразим из выражения (1.1), имеем: По закону Ома для участка цепи имеем: Вычислим Запишем уравнение связывающее сопротивление и температуру: Проведем вычисления: |
| Ответ | K |
ПРИМЕР 2
| Задание | При температуре сопротивление реостата равно , сопротивление амперметра равно и он показывает силу тока Реостат, сделан из железной проволоки, он последовательно соединен с амперметром (рис.1). Каким будет сила тока течь через амперметр, если реостат нагреть до температуры ? Считать температурный коэффициент сопротивления железа равным . |
Про эффект сверхпроводимости знают, наверно, все. Во всяком случае, слышали о нем. Суть этого эффекта в том, что при минус 273 °С сопротивление проводника протекающему току пропадает. Уже одного этого примера достаточно для того, чтобы понять, что существует его зависимость от температуры. А описывает специальный параметр — температурный коэффициент сопротивления.
Любой проводник препятствует протекающему через него току. Это противодействие для каждого токопроводящего материла разное, определяется оно многими факторами, присущими конкретному материалу, но речь дальше будет не об этом. Интерес в данный момент представляет его зависимость от температуры и характер этой зависимости.
Проводниками электрического тока обычно выступают металлы, у них при повышении температуры сопротивление растет, при понижении оно уменьшается. Величина такого изменения, приходящаяся на 1 °С, и называется температурный коэффициент сопротивления, или сокращённо ТКС.
Значение ТКС может быть положительным и отрицательным.
Если он положительный, то при увеличении температуры растёт, если отрицательный, то уменьшается. Для большинства металлов, применяющихся как проводники электрического тока, ТКС положительный. Одним из лучших проводников является медь, температурный коэффициент сопротивления меди не то чтобы лучший, но по сравнению с другими проводниками, он меньше. Надо просто помнить, что значение ТКС определяет, каким при изменении параметров окружающей среды будет значение сопротивления. Его изменение будет тем значительнее, чем этот коэффициент больше.
Такая температурная зависимость сопротивления должна быть учтена при проектировании радиоэлектронной аппаратуры. Дело в том, что аппаратура должна работать при любых условиях окружающей среды, те же автомобили эксплуатируются от минус 40 °С до плюс 80 °С. А электроники в автомобиле много, и если не учесть влияние окружающей среды на работу элементов схемы, то можно столкнуться с ситуацией, когда электронный блок отлично работает при нормальных условиях, но отказывается работать при воздействии пониженной или повышенной температуры.
Вот эту зависимость от условий внешней среды и учитывают разработчики аппаратуры при ее проектировании, используя для этого при расчётах параметров схемы температурный коэффициент сопротивления. Существуют таблицы с данными ТКС для применяемых материалов и формулы расчетов, по которым, зная ТКС, можно определить значение сопротивления в любых условиях и учесть в режимах работы схемы возможное его изменение. Но для понимания того, ТКС, сейчас ни формулы, ни таблицы не нужны.
Надо отметить, что существуют металлы с очень маленьким значением ТКС, и именно они используются при изготовлении резисторов, параметры которых от изменений окружающей среды зависят слабо.
Температурный коэффициент сопротивления можно использовать не только для учета влияния колебаний параметров окружающей среды, но и для Для чего достаточно Зная материал, который подвергался воздействию, по таблицам можно определить, какой температуре соответствует измеренное сопротивление. В качестве такого измерителя может использоваться обычный медный провод, правда, придётся его использовать много и намотать в виде, например, катушки.
Всё вышеописанное не охватывает полностью всех вопросов использования температурного коэффициента сопротивления. Есть очень интересные возможности применения, связанные с этим коэффициентом в полупроводниках, в электролитах, но и того, что изложено, достаточно для понимания понятия ТКС.
|
Металл |
Удельное |
Температурный |
|
Алюминий |
||
|
Железо |
||
|
Константан |
||
|
Манганин |
||
Температурный
коэффициент сопротивления α показывает
на сколько увеличивается сопротивление
проводника в 1 Ом при увеличении
температуры (нагревании проводника)
на 1 ºС.
Сопротивление
проводника при температуре t
рассчитывается по формуле:
r t
= r 20
+ α*
r 20 *(t
— 20 ºС)
r t
= r 20
*,
где r 20
– сопротивление проводника при
температуре 20 ºС, r t
– сопротивление проводника при
температуре t.
Плотность
тока
Через медный
проводник с площадью поперечного сечения
S
= 4 мм² протекает ток I
= 10 А. Какова плотность тока?
Плотность тока J
= I/S
= 10 А/4 мм² = 2.5 А/мм².
[По площади
поперечного сечения 1 мм² протекает
ток I
= 2.5 А; по всему поперечному сечению S
протекает ток I
= 10 А].
По шине
распределительного устройства
прямоугольного поперечного сечения
(20х80) мм² проходит ток I
= 1000 А. Какова плотность тока в шине?
Площадь поперечного
сечения шины S
= 20х80 = 1600 мм². Плотность тока
J
= I/S
= 1000 A/1600
мм² = 0.625 А/мм².
У катушки провод
имеет круглое сечение диаметром 0.8 мм
и допускает плотность тока 2.5 А/мм².
Какой допустимый ток можно пропустить
по проводу (нагрев не должен превысить
допустимый)?
Площадь поперечного
сечения провода S
= π * d²/4
= 3/14*0.
8²/4 ≈ 0.5 мм².
Допустимый ток I
= J*S
= 2.5 А/мм² * 0.5 мм² = 1.25 А.
Допустимая плотность
тока для обмотки трансформатора J
= 2.5 А/мм². Через обмотку проходит ток I
= 4 А. Каким должно быть поперечное сечение
(диаметр) круглого сечения проводника,
чтобы обмотка не перегревалась?
Площадь поперечного
сечения S
= I/J
= (4 А) / (2.5 А/мм²) = 1.6 мм²
Этому сечению
соответствует диаметр провода 1.42 мм.
По изолированному
медному проводу сечением 4 мм² проходит
максимально допустимый ток 38 А (см.
таблицу). Какова допустимая плотность
тока? Чему равны допустимые плотности
тока для медных проводов сечением 1, 10
и 16 мм²?
1). Допустимая
плотность тока
J
= I/S
= 38 А / 4мм² = 9.5 А/мм².
2). Для сечения 1
мм² допустимая плотность тока (см. табл.)
J
= I/S
= 16 А / 1 мм² = 16 А/мм².
3). Для сечения 10
мм² допустимая плотность тока
J
= 70 A
/ 10 мм² = 7.0 А/мм²
4). Для сечения 16
мм² допустимая плотность тока
J = I/S =
85 А / 16 мм²
= 5.
3 А/мм².
Допустимая плотность
тока с увеличением сечения падает. Табл.
действительна для электрических проводов
с изоляцией класса В.
Задачи для
самостоятельного решения
Через обмотку
трансформатора должен протекать ток
I
= 4 А. Какое должно быть сечение обмоточного
провода при допустимой плотности тока
J
= 2.5 А/мм²? (S
= 1.6
мм²)
По проводу диаметром
0.3 мм проходит ток 100 мА. Какова плотность
тока? (J
= 1.415 А/мм²)
По обмотке
электромагнита из изолированного
провода диаметром
d
= 2.26 мм (без учёта изоляции) проходит ток
10 А. Какова плотность
тока? (J
= 2.5 А/мм²).
4. Обмотка
трансформатора допускает плотность
тока 2.5 А/мм². Ток в обмотке равен 15 А.
Какое наименьшее сечение и диаметр
может иметь круглый провод (без учёта
изоляции)? (в мм²; 2.76 мм).
|
Металл |
Удельное |
Температурный |
|
Алюминий |
||
|
Железо |
||
|
Константан |
||
|
Манганин |
||
Температурный
коэффициент сопротивления α показывает
на сколько увеличивается сопротивление
проводника в 1 Ом при увеличении
температуры (нагревании проводника)
на 1 ºС.
Сопротивление
проводника при температуре t
рассчитывается по формуле:
r t
= r 20
+ α*
r 20 *(t
— 20 ºС)
r t
= r 20
*,
где r 20
– сопротивление проводника при
температуре 20 ºС, r t
– сопротивление проводника при
температуре t.
Плотность
тока
Через медный
проводник с площадью поперечного сечения
S
= 4 мм² протекает ток I
= 10 А. Какова плотность тока?
Плотность тока J
= I/S
= 10 А/4 мм² = 2.5 А/мм².
[По площади
поперечного сечения 1 мм² протекает
ток I
= 2.5 А; по всему поперечному сечению S
протекает ток I
= 10 А].
По шине
распределительного устройства
прямоугольного поперечного сечения
(20х80) мм² проходит ток I
= 1000 А. Какова плотность тока в шине?
Площадь поперечного
сечения шины S
= 20х80 = 1600 мм². Плотность тока
J
= I/S
= 1000 A/1600
мм² = 0.625 А/мм².
У катушки провод
имеет круглое сечение диаметром 0.8 мм
и допускает плотность тока 2.5 А/мм².
Какой допустимый ток можно пропустить
по проводу (нагрев не должен превысить
допустимый)?
Площадь поперечного
сечения провода S
= π * d²/4
= 3/14*0.
8²/4 ≈ 0.5 мм².
Допустимый ток I
= J*S
= 2.5 А/мм² * 0.5 мм² = 1.25 А.
Допустимая плотность
тока для обмотки трансформатора J
= 2.5 А/мм². Через обмотку проходит ток I
= 4 А. Каким должно быть поперечное сечение
(диаметр) круглого сечения проводника,
чтобы обмотка не перегревалась?
Площадь поперечного
сечения S
= I/J
= (4 А) / (2.5 А/мм²) = 1.6 мм²
Этому сечению
соответствует диаметр провода 1.42 мм.
По изолированному
медному проводу сечением 4 мм² проходит
максимально допустимый ток 38 А (см.
таблицу). Какова допустимая плотность
тока? Чему равны допустимые плотности
тока для медных проводов сечением 1, 10
и 16 мм²?
1). Допустимая
плотность тока
J
= I/S
= 38 А / 4мм² = 9.5 А/мм².
2). Для сечения 1
мм² допустимая плотность тока (см. табл.)
J
= I/S
= 16 А / 1 мм² = 16 А/мм².
3). Для сечения 10
мм² допустимая плотность тока
J
= 70 A
/ 10 мм² = 7.0 А/мм²
4). Для сечения 16
мм² допустимая плотность тока
J = I/S =
85 А / 16 мм²
= 5.
3 А/мм².
Допустимая плотность
тока с увеличением сечения падает. Табл.
действительна для электрических проводов
с изоляцией класса В.
Задачи для
самостоятельного решения
Через обмотку
трансформатора должен протекать ток
I
= 4 А. Какое должно быть сечение обмоточного
провода при допустимой плотности тока
J
= 2.5 А/мм²? (S
= 1.6
мм²)
По проводу диаметром
0.3 мм проходит ток 100 мА. Какова плотность
тока? (J
= 1.415 А/мм²)
По обмотке
электромагнита из изолированного
провода диаметром
d
= 2.26 мм (без учёта изоляции) проходит ток
10 А. Какова плотность
тока? (J
= 2.5 А/мм²).
4. Обмотка
трансформатора допускает плотность
тока 2.5 А/мм². Ток в обмотке равен 15 А.
Какое наименьшее сечение и диаметр
может иметь круглый провод (без учёта
изоляции)? (в мм²; 2.76 мм).
Что такое температурный коэффициент сопротивления
Что такое температурный коэффициент сопротивления?
Температурный коэффициент сопротивления (TCR) – это расчет относительного изменения сопротивления на градус изменения температуры.
Измеряется в ppm/°C (1 ppm = 0,0001%) и определяется как: TCR = (R2–R1)/R1 (T2–T1). Для высокоточных резисторов эта спецификация обычно выражается в частях на миллион (ppm) на градус Цельсия при нормальной комнатной температуре, обычно +25°C.
Несмотря на важность этой спецификации, отдельные производители резисторов используют разные методы определения TCR в своих опубликованных спецификациях. В большинстве случаев это определение не дает достаточно информации, чтобы конечный пользователь мог точно предсказать влияние изменений температуры на значение сопротивления. Такие опубликованные отклонения TCR, конечно, вызывают озабоченность, так как они потенциально могут создавать неопределенность измерения. В частности, в приложениях, где абсолютными требованиями являются высокоточные характеристики резистора и температурная стабильность. Эта неопределенность возникает, когда нет достаточной уверенности в том, что спецификация TCR была рассчитана с использованием достаточного количества данных, позволяющих точно предсказать истинное влияние изменения температуры на характеристики резистора.
Например, некоторые производители могут указывать TCR как ±5 частей на миллион/°C или ±10 частей на миллион/°C без ссылки на диапазон температур. Другие могут указывать TCR как ±5 ppm/°C от +25°C до +125°C, но опускают данные, относящиеся к другим диапазонам температур. В высокоточных устройствах, таких как резисторы Bulk Metal® Foil производства Vishay Foil Resistors, опубликованные спецификации TCR включают номинальные типичные кривые, обычно от –55°C до +125°C. Эти кривые определяют номинальные «холодные» (от –55°C до +25°C) и «горячие» (от +25°C до +125°C) уклоны хорды. В их спецификациях обычно указывается максимальный разброс для каждого наклона (например, ±0,2 ppm/°C и ±1,8 ppm/°C). В случае резистора из объемной металлической фольги интерпретация TCR по умолчанию, равная, например, ±5 ppm/°C, будет означать, что в любой точке диапазона рабочих температур сопротивление не изменится более чем на + 5 частей на миллион/°С.
Торговая марка Vishay Foil Resistors компании Vishay Precision Group, Inc.
(VPG) является давним мировым отраслевым экспертом в области проектирования, разработки и производства надежных высокоточных резисторов из металлической фольги и датчиков силового тока для различных областей применения. Сотни стандартных конфигураций моделей являются производными от одного из самых обширных в отрасли портфелей корпусов, материалов, подложек и комбинаций сортов металлической фольги, выбираемых заказчиком. Передовые технологии производства гарантируют, что конструкции резисторов оптимизированы по производительности для стабильной работы в соответствии с опубликованными спецификациями в течение всего срока службы. Все высокоточные резисторы VPG из массивной металлической фольги обладают одними из самых благоприятных в отрасли спецификаций TCR, единообразно рассчитанных в соответствии со строгими передовыми отраслевыми практиками. Это обеспечивает их надежность во всех диапазонах сопротивлений и рабочих температур.
В этом документе рассматривается TCR и его интерпретация «наилучшей практики», в соответствии с рекомендациями, основанными на собственном обширном опыте VPG в области высокоточных резисторов.
Общие цели должны заключаться в том, чтобы лучше понять характеристики прецизионных резисторов в зависимости от температуры; проиллюстрировать нюансы между опубликованными спецификациями TCR, в зависимости от типа технологии и собственного метода расчета, выбранного производителем; и предложить дополнительную информацию об использовании данных TCR, как средство обеспечения того, чтобы указанный прецизионный резистор мог надежно работать в своем предполагаемом приложении.
Взаимосвязь между температурой и рабочими характеристиками высокоточного резистора
Влияние температуры на рабочие характеристики резистора отражается как внутренне, с точки зрения ее влияния на работу компонентов; и внешне, с точки зрения поведения резистора в среде установки. В основе конструкции резисторов лежит концепция, согласно которой электрический ток, протекающий через резистор, выделяет определенное количество тепла. Это явление известно как эффект Джоуля. Затем тепловой отклик, создаваемый эффектом Джоуля, вызывает относительные механические изменения или напряжения внутри резистора.
Эти напряжения вызваны дифференциальным тепловым расширением материалов конструкции резистора, величина которого может варьироваться в зависимости от самих материалов. Температура окружающей среды в месте установки может аналогичным образом влиять на реакцию резистора с точки зрения выделения тепла, что потенциально может повлиять на работу резистора.
Таким образом, оптимальной является конструкция, в которой сведена к минимуму восприимчивость высокоточного резистора к внешним и внутренним нагрузкам при различных режимах эксплуатации и силовых нагрузках без ущерба для производительности и надежности. В резистивной технологии Bulk Metal Foil эта цель достигается за счет создания точного термомеханического баланса между генерируемым теплом, конструкционными материалами и связанными с ними производственными процессами. Таким образом, благодаря тщательному проектированию необходимость компенсации воздействия тепла и напряжения во время работы может быть практически устранена, что еще больше повышает стабильность работы.
Признавая важную взаимосвязь между температурой и характеристиками высокоточных резисторов, группа исследований и разработок компании Vishay Foil Resistors гарантирует, что весь ассортимент сверхвысокоточных резисторов разработан именно таким образом.
Например, при разработке элемента из объемной металлической фольги запатентованный холоднокатаный фольгированный материал приклеивается к керамическому материалу. Этот материал подвергается фототравлению в виде резистивного узора без создания механических напряжений в материале. После этого процесса высокоточные резисторы настраиваются лазером на заданное значение сопротивления и допуск. Поскольку резистивный материал не вытягивается, не наматывается и не подвергается механическим нагрузкам в процессе производства, высокоточный резистор из металлической фольги может сохранять все свои предполагаемые проектные характеристики и, следовательно, полную эксплуатационную надежность, включая TCR.
Напротив, другие распространенные методы изготовления резисторов, такие как проволочная намотка, тонкопленочное напыление или толстопленочное остекление, по своей природе имеют большую вероятность введения механических напряжений и, следовательно, большую вероятность термомеханического дисбаланса.
Поэтому конечным пользователям рекомендуется уделять пристальное внимание характеристикам номинальной температуры, чтобы убедиться, что резистор работает в соответствии с опубликованными спецификациями. Точно придерживаясь этих значений, конечный пользователь может быть уверен в постоянной надежности резистора, независимо от производственного процесса. Когда резистор работает при температуре выше номинальной, он может выйти из строя или иным образом повредиться, что напрямую снижает точность. Если такие условия перегрева резистора сохраняются в течение длительного периода времени, отдельные значения сопротивления могут необратимо измениться, что приведет к неисправности всей цепи. Хотя производители обычно разрабатывают продукты с определенным дополнительным запасом допустимых температурных пределов за пределами опубликованных спецификаций, такая свобода действий может значительно различаться в зависимости от производителя.
Интерпретация технических характеристик TCR, наклона хорды и скорости изменения
Несмотря на различия в конструкциях и связанных с ними производственных процессах, TCR остается одним из наиболее общепринятых показателей стабильности рабочих характеристик резисторов.
TCR необходим для прогнозирования чувствительности резистора к изменениям температуры окружающей среды, а также ожидаемого поведения компонентов как при низких, так и при высоких рабочих температурах. В результате TCR резисторов из массивной металлической фольги учитывает экстремальные теоретические условия в пределах отдельных спецификаций. В отличие от других технологий, таких как тонкопленочные, производители обычно предпочитают представлять TCR в относительно узком диапазоне температур, уделяя меньше внимания экстремальным температурным эффектам.
В дополнение к своему ранее указанному определению TCR может быть дополнительно определен как изменение сопротивления между двумя температурами, деленное на разность температур (наклон хорды), или TCR = (ΔR/R)/ΔT. Уклон холодной хорды принято определять от –55°С до +25°С, а крутизну горячей хорды от +25°С до +125°С (в этом случае ΔT горячая = 125 – 25 = +100° С). Однако может быть задан и любой другой температурный интервал (ΔT).
Чтобы определить скорость изменения сопротивления при любой температуре на этой кривой, TCR рассчитывается математически, когда ΔT становится бесконечно малым (ΔT→0):
TCR (ΔT→0) = (dR/R)/ dT
Хорошо известно, что изменение сопротивления в зависимости от температуры в NiCr резисторах не является линейным, а вместо этого обычно следует параболической схеме. Математически эту функцию можно описать следующим образом:
Y = aX2 + bX + c, где: Y = ΔR/R (обычно выражается в ppm)
X = T (температура в °C).
В этом случае для любой температуры T Y будет выражать величину изменения сопротивления ΔR/R от номинального значения (при +25°C) в ppm. Другими словами, для функции Y это будет выражаться производной функцией Y′. Эта функция определяет наклон (TCR) линии, касательной к параболе, и показывает, как изменяется TCR. Для приведенной выше функции параболы:
Y’= 2aX + b (Y’ выражается в ppm/°C)
Для простоты можно также использовать тот факт, что наклон хорды равен значению касательной в средней точке соответствующего температурного диапазона.
Например, значение горячего наклона (от +25°C до +125°C) равно значению касательной (Y′) в средней точке, T = +75°C.
Обычной практикой производителей тонкопленочных резисторов является выбор наилучшего горячего наклона при сохранении холодного наклона в заданных пределах. Исследование, проведенное для сравнения и анализа TCR объемной металлической фольги и тонкопленочного прецизионного резистора с использованием метода расчета скорости изменения, показало, что изменение сопротивления из-за температуры может быть значительно больше, чем указанные пределы TCR. Это сравнение основано на тестировании двух групп тонкопленочных NiCr-резисторов различной точности, каждая из которых изготовлена разными производителями, каждая из которых имеет значение TCR, равное 5 ppm/°C. Результаты этого исследования показали, что максимальное изменение сопротивления (TCR) из-за изменения температуры по оси температур от -55 ° C до + 125 ° C будет варьироваться в резисторах из объемной металлической фольги от -2,17 частей на миллион / ° C до +2,2 частей на миллион.
/°C, всего менее 4,37 частей на миллион/°C. Для того же диапазона температур TCR образца тонкопленочного резистора от производителя A будет варьироваться от -3,6 частей на миллион/°C до +7,2 частей на миллион/°C, что в сумме составляет около 11 частей на миллион/°C; и от производителя Б, от -9.1 ppm/°C до +4,99 ppm/°C, всего 14 ppm/°C. Другими словами, прецизионные тонкопленочные резисторы могут иметь TCR, намного превышающий указанные пределы в технических характеристиках производителя.
Важно подчеркнуть, что TCR резистора из массивной металлической фольги достигается путем сопоставления двух противоположных эффектов: собственного увеличения сопротивления из-за повышения температуры и уменьшения сопротивления, связанного с сжатием, из-за того же повышения температуры. Эти два эффекта происходят одновременно, что приводит к необычно низкой, предсказуемой, воспроизводимой и контролируемой спецификации TCR. В результате резисторы из массивной металлической фольги обеспечивают внутреннюю максимальную стабильность и близкий к нулю TCR, спецификацию, которая не зависит от экранирования или других искусственных средств для достижения однородных высокоточных характеристик резистора и температурной стабильности.
Этот строгий метод расчета TCR, основанный на опыте VPG, используется для обеспечения высокоточной надежности резисторов при полном значении сопротивления и диапазоне рабочих температур.
Преимущества низкого TCR в высокоточных применениях резисторов
Примеры преимуществ низкого TCR можно найти в тысячах успешных приложений. Для целей этой статьи мы рассмотрим три примера приложений, в которых низкий TCR дает определенные преимущества в производительности.
Precision Instrumentation
Компания Transmille, ведущий британский производитель высокоточных цифровых мультиметров, искала резистор для новой серии 8,5- и 7,5-разрядных устройств. Чтобы достичь необходимой 8,5-разрядной точности, указанный резистор должен был обеспечивать чрезвычайно низкий TCR, высокую точность, повторяемость, низкую термо-ЭДС, низкий уровень шума, долговременную стабильность и минимальные гармонические искажения. Поскольку мультиметр был основан на аналоговой схеме, резистор должен был иметь минимальный дрейф от начальных значений при работе при температурах выше комнатной.
Заказчик выбрал резистор VPG из массивной металлической фольги из-за его низких характеристик TCR: <1 ppm/°C максимум при +20°C. В дополнение к чрезвычайно низкому TCR, резистор предлагал низкий PCR 5 ppm при номинальной мощности; стабильность срока службы ±0,005 % при +70 °C в течение 2000 часов или ±0,015 % в течение 10 000 часов; термоЭДС <0,05 мкВ/°С; и неизмеримый шум.
Чрезвычайно низкий TCR резистора из металлической фольги позволил Transmille представить на рынке новый цифровой мультиметр, который может предложить как лучшие в отрасли характеристики, так и необходимую точность 8,5 разряда. Резистор показал исключительную стабильность при максимально допустимом дрейфе, в течение тысяч часов работы в полевых условиях, даже в суровых условиях. Кроме того, пользователь смог достичь такого уровня производительности резистора с меньшими затратами. Это позволило Transmille вывести на рынок новый высокопроизводительный цифровой мультиметр по весьма конкурентоспособной цене.
Вторичный эталон по метрологии
В другом примере, VSL, Национальный метрологический институт (НМИ) Нидерландов, обратился к VPG за высокоточным решением резистора в качестве вторичного эталона в своих экспериментах с квантовым сопротивлением Холла (QHR).
. QHR — всемирно признанный первичный эталон квантового сопротивления со значениями около 12,9 кОм и 6,45 кОм. Чтобы служить адекватным вторичным эталоном, VSL требовался экономичный, высокоточный резистор, значения которого должны были точно соответствовать параметрам первичного стандарта QHR, но при этом иметь четко определенную четырехконтактную конфигурацию, низкий уровень шума, низкий TCR и отсутствие эффекта относительной влажности, а также превосходная долговременная стабильность.
Основываясь на низком TCR, предлагаемом VPG, VSL выбрала один из высокоточных резисторов компании. Выбранный резистор объединяет 11 элементов в одном корпусе, что позволяет снизить TCR и более длительный дрейф, чем можно было бы достичь с помощью одного резистивного элемента. Устройство предлагало необходимые клеммные соединения, герметичное уплотнение для защиты от влаги и заливку маслом, что дополнительно гарантировало, что значения сопротивления останутся практически неизменными при внезапных изменениях температуры.
Затем устройства были протестированы на подтверждение значения TCR в соответствии с опубликованной спецификацией VPG. С этой целью резистор впоследствии был установлен в корпусе, термостатированном при температуре 29°С.0,00 ± 0,02°C, для дальнейшего снижения эффектов TCR, затем измеряется по отношению к основному QHR в течение более чем пятилетнего периода. Результаты пятилетнего исследования показали, что фактическое долгосрочное TCR двух резистивных элементов из объемной металлической фольги составляет менее 0,5 ppm/°C в диапазоне температур от +18 °C до +28 °C, при (очень ) малый температурный коэффициент Бета второго порядка. Это было значительно ниже первоначальной опубликованной спецификации 2 ppm/°C (от -55°C до +125°C) и доказало, что резисторы VPG являются надежным вторичным эталоном QHR. Здесь опубликованный TCR послужил дополнительным преимуществом с точки зрения его эмпирически доказанной способности превышать опубликованные спецификации при длительном использовании.
Драйверы тока для диодных лазеров
В другом примере недорогие и простые в использовании диодные лазеры являются основным инструментом измерений в экспериментальной атомной физике.
Чтобы диодный лазер сохранял свою частоту, выходную мощность, ток и температуру, требуется тщательная регулировка параметров. Чтобы лучше управлять затратами, физический факультет Калифорнийского государственного университета стремился создать собственный недорогой источник тока с низким уровнем шума для использования с его лабораторными диодными лазерами. Чтобы генерировать достаточно стабильный лазерный поток, токоизмерительный резистор должен быть устойчив как к внутренним, так и к внешним температурным дрейфам, иметь высокую номинальную мощность и низкую термо-ЭДС. Наиболее важным элементом драйвера тока является подсхема, отвечающая за регулировку тока, поскольку стабильность лазера не должна превышать общую стабильность чувствительного резистора. В этом приложении использование традиционных коммерческих регуляторов тока было слишком дорогостоящим. Таким образом, жизнеспособное решение для резисторов должно быть как недорогим, так и высокоточным.
С помощью высокоточного резистора из массивной металлической фольги с низким TCR 2 ppm/°C, тип.
номинальной мощности, конечный пользователь может интегрировать регулируемое напряжение в свою подсхему и при этом контролировать величину тока, излучаемого драйвером тока лазера. Последнее было достигнуто за счет настройки драйвера на заданное напряжение на регулируемом регуляторе напряжения. Это предустановленное значение полного сопротивления гарантировало, что падение напряжения было достаточно большим для точной регулировки тока, но достаточно небольшим, чтобы не влиять на регулируемое напряжение питания. Здесь особое сочетание долговременной стабильности и низкого TCR сделало резистор Bulk Metal Foil оптимальным решением для недорогого высокоточного применения. Решение оказалось жизнеспособным, поскольку пользователь был уверен в точности спецификации TCR.
«Истинное» значение TCR при выборе высокоточного резистора предполагаемых рабочих температурах и в среде установки. Такие данные дают представление о ключевых долгосрочных показателях производительности резисторов и, в конечном итоге, о конструкции готовых изделий.
Поскольку методы расчета TCR могут различаться в зависимости от производителя, производственного процесса, материалов конструкции и других аспектов, конечному пользователю важно понимать все нюансы выбранного метода. Это понимание, в свою очередь, помогает им лучше понять ценность таких данных как истинной метрики надежности компонентов. Методы VPG Foil Resistor для расчета TCR следуют строгим протоколам для высокоточных резисторов с целью помочь клиентам быть уверенными в долгосрочной надежности таких компонентов в требовательных приложениях.
Узнайте больше о пассивах от экспертов отрасли! – Онлайн-курсы пассивных компонентов электронного обучения Академии EPCI для студентов и сертифицированные курсы для профессионалов:
Источник:
Фольгированные резисторы VPG Vishay
Температурный коэффициент сопротивления
Температурный коэффициент сопротивления
|
Поскольку электрическое сопротивление проводника, такого как медный провод, зависит от столкновительных процессов внутри провода, можно было бы ожидать, что сопротивление будет увеличиваться с температурой, поскольку будет больше столкновений, и это подтверждается экспериментом.
Или, выраженное через сопротивление при некоторой стандартной температуре из справочной таблицы:
|
Индекс
Цепи постоянного тока |
|||
|
Назад |
Интуитивный подход к температурной зависимости приводит к тому, что можно ожидать относительного изменения сопротивления, пропорционального изменению температуры: |
Температурная зависимость удельного сопротивления при температурах, близких к комнатной, характеризуется линейным ростом с температурой. Микроскопическое исследование проводимости показывает, что она пропорциональна длине свободного пробега между столкновениями (d), а при температурах выше примерно 15 К d ограничивается тепловыми колебаниями атомов.
При экстремально низких температурах длина свободного пробега определяется примесями или дефектами в материале и становится почти постоянной с температурой. При достаточной чистоте некоторые металлы обнаруживают переход в сверхпроводящее состояние. |
Index
Reference |
||
|
Назад |
Общая зависимость сводится к пропорциям: |
Введите данные, а затем нажмите на количество, которое вы хотите рассчитать в активной формуле выше. Для неуказанных параметров по умолчанию будут использоваться значения, типичные для меди при 20°C с начальным сопротивлением 100 Ом. от Метки: Комментарии |
Добавить комментарий