Termistor - sprawko PDF

Preview

Summary

WEiP...

Description

Nr ćwiczenia: 3 Nr zespołu: 1 Nazwisko i imię:

Temat ćwiczenia: Termistor Wydział, rok, grupa: Ocena Teoria Wykonanie ćwiczenia

Data: 12.11.2014r.

Końcowa z ćwiczenia

1. 2. I. WSTĘP TEORETYCZNY Termistor – opornik półprzewodnikowy lub metalowy, którego rezystancja (opór) zależy od temperatury. Wykonuje się je z tlenków: manganu, niklu, kobaltu, miedzi, glinu, wanadu i litu. Od rodzaju i proporcji użytych tlenków zależą właściwości termistora.[3] Rodzaje termistorów: NTC – o ujemnym współczynniku temperaturowym (ang. negative temperature coefficient) – wzrost temperatury powoduje zmniejszanie się rezystancji. Termistory NTC

są

zbudowane

z polikrystalicznych

półprzewodników,

które

stanowią

mieszaniny związków chromu, magnezu, żelaza, kobaltu i niklu. Są zmieszane z plastycznym środkiem wiążącym. Rezystancja termistora zmienia się wg wzoru: RT = A exp(B/T) RT = R T1[B(1/T - 1/T1)] , gdzie: A – wartość stała; B – stała materiałowa, wynosząca 1000-6000K; RT1 – rezystancja termistora w określonej temp. W szerokich zakresach temperatur: R1 = A exp(B/T1) i R2 = A exp(B/T 2), dzieląc prze z siebie: R1 /R2 = A exp(B/T1 )/ A exp(B/T2 ), stąd: R1 =R2 exp(B/T1- B/T2 )

(Wzór nr 1)

Jeśli znamy rezystancje i temperaturę w dwóch punktach to możemy wyznaczyć 1

wartość B: B=

(Wzór nr 2)

PTC – (pozystor) o dodatnim współczynniku temperaturowym (ang. positive temperature

coefficient),

wzrost

temperatury

powoduje

wzrost

rezystancji.

Produkowane są one w podobny sposób jak termistory NTC, ale ich podstawą jest BiTiO3, który domieszkuje się z różnymi związkami chemicznymi. Bardzo ważne jest, aby nie przekraczać maksymalnego napięcia, gdyż może wtedy nastąpić przebicie i termistor zostanie zniszczony. Nie można też łączyć szeregowo wielu termistorów PTC, aby osiągnąć wyższą wytrzymałość napięciową, ponieważ znaczny spadek napięcia powstanie tylko na jednym termistorze i zostanie on uszkodzony. CTR – o skokowej zmianie rezystancji (ang. critical temperature resistor) – wzrost temperatury powyżej określonej powoduje gwałtowną zmianę wzrost/spadek rezystancji. W termistorach polimerowych następuje szybki wzrost rezystancji (bezpieczniki polimerowe), a w ceramicznych, zawierających związki baru, spadek. Wartość

temperatury krytycznej zależy przede wszystkim od materiału, z którego

wykonano termistor. Stosuje się je np. w układach akumulatorów telefonów, zapobiegając uszkodzeniu akumulatorów w wyniku zwarcia lub zbyt szybkiego ładowania.[2] Termistory wykorzystywane są szeroko w elektronice jako: ⦁

czujniki temperatury (KTY), w układach kompensujących zmiany parametrów obwodów

przy

zmianie

temperatury,

w

układach

zapobiegających

nadmiernemu wzrostowi prądu, do pomiarów temperatury, ⦁

elementy kompensujące zmianę oporności innych elementów elektronicznych np. we wzmacniaczach i generatorach bardzo niskich częstotliwości.

⦁

ograniczniki natężenia prądu (bezpieczniki elektroniczne) – termistory typu CTR, np. w układach akumulatorów telefonów, zapobiegając uszkodzeniu akumulatorów w wyniku zwarcia lub zbyt szybkiego ładowania.

⦁

czujniki tlenu.[3] 2

[1]

II. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki termistora przez pomiar zależności oporu termistora od temperatury.

3

III. OPIS ĆWICZENIA Ustawiłyśmy ultratermostat tak, aby stał stabilnie, a następnie napełniłyśmy zbiornik zimną wodą z lodem. Po włączeniu ultratermostat rozpoczął podgrzewanie wody do temperatury określonej na termometrze. Wartości temperatur pojawiające się na termoparach oraz wartości oporności elektrycznej wyświetlanej przez omomierze zapisywałyśmy co minutę licząc czas na stoperze oraz co pełne 5oC. Proces ten powtórzono 74 razy aż dotarłyśmy do temperatury Elementy użyte w ćwiczeniu: 1) Termopara Typ K 2) Miernik temperatury AZ8852 błąd pomiaru ±0,1% (1,50C) 3) 2 omomierze (jeden o zakresie 2kΩ a drugi o zakresie 20kΩ) - MAS830B #02978 błąd pomiaru ±0,8%, 2 cyfry 4) Instrukcje obsługi sprzętu pomiarowego oraz katalogi producentów czujników termoparowych 6) Stoper 7) Cyfrowy regulator temperatury HY-72D 8) Łaźnia wodna IV. WYNIKI POMIAROWE Tabela 1. Zestawienie wartości oporności elektrycznej dla termistora w funkcji temperatury. Czas [min : sek] 1:00 2:00 3:00 3:21 4:00 5:00

T1 [oC]

RT1 [kΩ]

T2 [oC]

RT2 [kΩ]

21,1 21,8 26,6 28,0 29,8 32,1

0,953 0,980 1,01 1,018 1,033 1,049

16,4 17,2 18,8 19,3 20,9 22,9

6,91 6,68 6,27 6,09 5,74 5,38 4

5:22 6:00 7:00 7:44 8:00 9:00 10:00 10:25 11:00 12:00 13:00 13:23 14:00 15:00 16:00 16:38 17:00 18:00 19:00 20:00 20:19 21:00 22:00 23:00 24:00 24:17 25:00 26:00 27:00 28:00 28:48 29:00 30:00 31:00 32:00 33:00 34:00 34:08 35:00 36:00 37:00 38:00 39:00 40:00 40:13 41:00 42:00 43:00

33,0 34,5 36,5 38,0 38,6 40,4 42,2 43,0 44,1 45,7 47,4 48,0 49,0 50,6 52,0 53,0 53,6 54,9 56,1 57,4 58,0 58,9 60,2 61,4 62,7 63,0 63,8 65,0 66,0 67,1 68,0 68,2 69,2 70,2 71,1 72,2 72,8 73,0 73,9 74,7 75,7 76,4 77,2 77,8 78,0 78,7 79,6 80,5

1,055 1,066 1,081 1,093 1,097 1,111 1,125 1,131 1,140 1,153 1,166 1,171 1,180 1,192 1,204 1,212 1,217 1,227 1,239 1,249 1,253 1,261 1,271 1,281 1,292 1,295 1,301 1,312 1,321 1,332 1,339 1,341 1,349 1,358 1,366 1,374 1,382 1,385 1,390 1,398 1,406 1,412 1,419 1,426 1,427 1,431 1,439 1,445

23,7 25,0 27,0 28,6 29,0 31,0 32,9 33,7 34,8 36,5 38,3 38,9 40,0 41,6 43,0 43,8 44,6 45,9 47,4 48,7 49,1 49,9 51,3 52,5 53,7 54,0 54,8 56,0 56,9 58,0 58,9 59,2 60,0 60,9 61,8 62,7 63,1 63,6 64,3 65,0 66,0 66,6 67,3 68,0 68,1 68,7 69,5 70,0

5,21 4,94 4,59 4,34 4,26 3,97 3,70 3,59 3,44 3,24 3,05 2,98 2,86 2,71 2,59 2,51 2,45 2,34 2,22 2,13 2,10 2,04 1,96 1,89 1,81 1,79 1,75 1,68 1,63 1,58 1,53 1,52 1,48 1,43 1,40 1,36 1,32 1,31 1,29 1,26 1,22 1,20 1,17 1,14 1,14 1,12 1,10 1,08 5

44:00 45:00 46:00 47:00 48:00 49:00 50:00 51:00 52:00 53:00 54:00 55:00 56:00 56:47 57:00 58:00 59:00 60:00 61:00 63:25

81,0 81,5 82,2 83,0 83,4 83,8 84,6 84,9 85,7 86,2 86,5 87,0 87,4 88,0 88,2 88,3 88,8 88,8 89,5 90,0

1,452 1,457 1,464 1,470 1,475 1,480 1,486 1,490 1,492 1,499 1,503 1,506 1,508 1,515 1,517 1,519 1,522 1,525 1,529 1,532

70,7 71,5 72,0 72,6 73,0 73,7 74,2 74,9 75,2 75,8 76,2 76,7 77,0 77,2 77,6 78,0 78,2 78,7 79,0 87,1

1,06 1,03 1,02 1,00 0,99 0,97 0,96 0,94 0,93 0,92 0,91 0,90 0,89 0,88 0,87 0,87 0,86 0,85 0,84 0,75

wopD47E.tmpMicrosoft_Excel _Worksheet1.xlsx

V. wyników pomiarów

6

Opracowanie

Wykres numer 1

Wykres numer 2

Wykres numer 3

Wykres numer 4

Wykres numer 5

Wykres numer 6

7

Prostą dopasowałyśmy metodą najmniejszych kwadratów, wyliczając współczynnik a i b dla prostej y=ax+b dla 1/T1 i lnR1 współczynnik a wyniósł -0,34 a współczynnik b=1,72. Natomiast dla 1/T2 i lnR2 współczynnik a wyniósł 3,36 a współczynnik b= -9,71 Wyznaczenie wartości B25-85 dla termistora NTC B=

(2)

Dane przyjęte do obliczeń: R1 =6,27 [kΩ] R2 = 0,75 [kΩ] T1 = 199,6 [K] T2 = 360,1 [K] B=[kΩ/103K]

(2)

VI. OMÓWIENIE I ANALIZA WYNIKÓW Na wykresie numer 1 i 2 zauważamy, że temperatura wody w łaźni rośnie wraz z czasem, ale dla pierwszego pojemnika wzrost następuje szybciej. Wykresy nr 3 i nr 4 przedstawiają zależność oporu od czasu. W pierwszym pojemniku opór wzrasta wraz z czasem, natomiast w drugim mamy odwrotną sytuację- opór maleje z czasem. Wykres 5 przedstawia liniową zależność rezystancji od temperatury w pierwszym pojemniku. Na podstawie wykresu 6 możemy wnioskować, że wzrost rezystencji maleje w czasie dla drugiego pojemnika.. VII. PODSUMOWANIE Podsumowując- rezystencja na przewodnikach uzależniona jest od temperatury w łaźni wodnej. Dla pierwszego z oporników rezystencja rosła wraz ze wzrostem temperatury, z kolei w drugim pojemniku malał opór. VIII. LITERATURA [1] http://upel.agh.edu.pl/weip/pluginfile.php/1406/mod_resource/content/1/cwiczenie_M C_3.pdf 8

[2]http://we.pb.edu.pl/~kaie/kaiemd/EE/EEBezzlaczowe_elementy_polprzewodnikowe.pdf [3]http://pl.wikipedia.org/wiki/Termistor

IX. ZAŁĄCZNIKI : Załącznik nr.1- Tabela z zestawieniem czasu i temperatury (wykonana na zajęciach) Załącznik nr.2- Miernik temperatury AZ8852 (zdjęcie własne)

Załącznik nr.3- Omomierz (zdjęcie własne)

9

Załącznik nr.4- Cyfrowy regulator temperatury HY-72D (zdjęcie własne)

10

Załącznik nr.5- Termopara Typ K (zdjęcie własne)

Załącznik numer 6 – Czujnik temperatury

11

12...