LABORATORIUM METROLOGII
Ćwiczenie M_3. Termistor.
Wydział Energetyki i Paliw, Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie
1
Ćwiczenie
M_3
Temat ćwiczenia:
Termistor
Konspekt
V_1.1
Nr zespołu:
Wydział, rok, grupa:
Data
Nazwisko i imię
Ocena
Teoria
Wykonanie ćwiczenia
Końcowa z ćwiczenia
1.
2.
3.
Elementy użyte w ćwiczeniu:
1) zestaw różnych termistorów;
2) łaźnia wodna;
3) multimetr - omomierz;
4) termometr cyfrowy;
4) termopara Typ K;
5) stoper;
Cel ćwiczenia
Wyznaczenie charakterystyki termistora przez pomiar zależności oporu termistora od
temperatury.
Wprowadzenie
Termistor NTC jest nieliniowym rezystorem, którego rezystancja zależna jest silnie od temperatury
materiału oporowego. Jak wskazuje angielska nazwa - Negative Temperature Coefficient - termistor
posiada ujemny współczynnik temperaturowy, czyli rezystancja maleje ze wzrostem temperatury. Są
one zbudowane z polikrystalicznych półprzewodników, które stanowią mieszaniny związków chromu,
manganu, żelaza, kobaltu i niklu. Są zmieszane z plastycznym środkiem wiążącym.
LABORATORIUM METROLOGII
Ćwiczenie M_3. Termistor.
Wydział Energetyki i Paliw, Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie
2
Rys. 1 Termistor: charakterystyki
rezystancyjno-temperaturowe
1 – termistora NTC
(ang. Negative Temperature Coefficient —
ujemny współczynnik temperaturowy,
2 – termistora PTC
(ang. Positive Temperature Coefficient —
dodatni współczynnik temperaturowy),
3 – termistora CTR
(ang. Critical Temperature Resistor —
rezystor o temperaturze krytycznej.) T
p
temperatura początkowa, T
k
temperatura
końcowa, T
s
temperatura skoku
Rezystancja termistora zmienia się wg wzoru
R
T
= A exp(B/T)
(1)
R
T
= R
T1
[B(1/T — 1/T
1
)]
(2)
w której: A — wartość stała; B — stała materiałowa, wynosząca 1000 – 6000 K; R
T1
— rezystancja
termistora w określonej temperaturze T.
W danych katalogowych wartość rezystancji znamionowej termistora R
T1
podaje się zazwyczaj dla
temperatury 298 K (25°C), R
25
= (0,01 – 1000)k . Jednakże jest to uproszczony wzór. W szerokich
zakresach temperatur wartość B zmienia się nieco wraz z temperaturą. W celu obliczenia przybliżonej
wartości rezystancji (R
T
) przy pewnej temperaturze (T
1
) można wykorzystać powyższy wzór, o ile
znana jest rezystancja (R
2
) w temperaturze (T
2
) i wartość B.
R
1
= A exp(B/T
1
)
(3)
R
2
= A exp(B/T
2
)
(4)
Jeżeli podzielimy te dwa wyrażenia przez siebie to otrzymamy:
R
1
/R
2
= A exp(B/T
1
)/ A exp(B/T
2
)
(5)
LABORATORIUM METROLOGII
Ćwiczenie M_3. Termistor.
Wydział Energetyki i Paliw, Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie
3
Upraszczamy przez A, przenosimy R
2
i w ten sposób otrzymamy wzór:
R
1
= R
2
exp(B/T
1
– B/T
2
)
(6)
Wzór określa relacje w zakresie temperatur, dla którego podawana jest wartość B. B 25/85 oznacza, że
wartość B jest właściwa dla zakresu temperatur od 25 do 85° C.
Powyższy wzór może też posłużyć do wyznaczenia wartości B jeżeli znamy rezystancje i temperaturę
w dwóch punktach:
2
1
2
1
1
1
ln
ln
T
T
R
R
B
(7)
Termistory NTC stosuje się do np. pomiarów i regulacji temperatury, kompensacji temperaturowej,
opóźnienia czasowego i ograniczenia prądów rozruchu.
Termistor PTC ma dodatni współczynnik temperaturowy, tzn. jego rezystancja wzrasta wraz ze
wzrostem temperatury. Produkowane są one w podobny sposób jak termistory NTC, ale ich podstawą
jest BiTiO3, który domieszkuje się z różnymi związkami chemicznymi. Poprzez obfite dodanie tlenu
w czasie procesu chłodzenia, otrzymuje się silnie dodatni współczynnik temperaturowy. Rezystancja
nieco maleje przy niskich temperaturach, ale po przekroczeniu punktu Curie materiału (Tc) – silnie
wzrasta. Współczynnik temperaturowy oznacza maksymalny współczynnik temperaturowy termistora
PTC w tej części charakterystyki, w której jest ona najbardziej stroma. Bardzo ważne jest, aby nie
przekraczać maksymalnego napięcia. Może wówczas nastąpić przebicie i termistor zostanie
zniszczony. Nie można także szeregowo łączyć wielu termistorów PTC, aby osiągnąć wyższą
wytrzymałość napięciową. Znaczny spadek napięcia powstanie i tak na jednym termistorze i on
właśnie zostanie wtedy uszkodzony Termistory PTC stosuje się jako zabezpieczenia przeciwko
nadmiernemu prądowi np. w silnikach elektrycznych, samoregulujących elementach grzewczych, do
obwodu rozmagnesowania w telewizorach kolorowych, obwodach opóźniających i do wskazywania
temperatury.
Literatura
1. A. Chwaleba, B. Moeschke, G. Płoszajski; Elektronika.
2. A Książkiewicz Elementy i podzespoły elektroniczne – poradnik warsztatowy.
3. NTC THERMISTORS (http://www.thermometrics.com/assets/images/ntcnotes.pdf [27 luty 2005]).
4. Katalog ELFA PRODUKTINFORMATION
http://www.isk.kth.se/kursinfo/mekatronik/utrustning/kretsar/ntc640/ntc640.pdf [27 luty 2005]
LABORATORIUM METROLOGII
Ćwiczenie M_3. Termistor.
Wydział Energetyki i Paliw, Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie
4
Wykonanie ćwiczenia
Zestawić układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 2.
R
25
[k ]
B
25/85
[K]
2,2
3977
2,7
3977
3,3
3977
4,7
3977
6,8
3977
10
3977
12
3740
15
3740
22
3740
33
4090
47
4090
68
4190
100
4190
150
4370
220
4370
330
4570
470
4570
Rys 2 Układ pomiarowy
Tab. 1. Wybrane dane
katalogowe termistorów NTC [4]
Wykonać pomiar temperatury wody w łaźni wodnej za pomocą termometru cyfrowego i rezystancji
termistora za pomocą omomierza.
Odczytów przyrządów dokonaj co 1 minutę i dodatkowo co pełne 5°C w zakresie od temperatury
pokojowej aż do 95°C.
Wyniki pomiarów zanotuj w tabeli 2. oraz zanotuj parametry i błąd pomiaru przyrządów użytych w
ćwiczeniu
Omomierz: model: ..................................... zakres pomiarowy: ........... [...]błąd pomiaru: .......... [......]
Termometr cyfrowy:.................................. błąd pomiaru: .......... [......]
Termopara typ:...........................................
Jeżeli dla termometru cyfrowego nie jest możliwe określenie powyższych wartości to jako błąd
(niepewność) pomiaru temperatury za pomocą termopar na niniejszym stanowisku przyjmij
jako T = 0,3 [°C].
LABORATORIUM METROLOGII
Ćwiczenie M_3. Termistor.
Wydział Energetyki i Paliw, Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie
5
Tabela 2. Zestawienie wartości oporności elektrycznej dla termistora w funkcji temperatury.
Lp.
Czas [min : sek]
t [°C]
R
T
[k ]
Lp.
Czas [min : sek]
t [°C]
R
T
[k ]
1
01:00
51
2
52
3
53
4
54
5
55
6
56
7
57
8
58
9
59
10
60
11
61
12
62
13
63
14
64
15
65
16
66
17
67
18
68
19
69
20
70
21
71
22
72
23
73
24
74
25
75
26
76
27
77
28
78
29
79
30
80
31
81
32
82
33
83
34
84
35
85
36
86
37
87
38
88
39
89
40
90
41
91
42
92
43
93
44
94
45
95
46
96
47
97
48
98
49
99
50
100
LABORATORIUM METROLOGII
Ćwiczenie M_3. Termistor.
Wydział Energetyki i Paliw, Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie
6
Opracowanie wyników:
1. Na podstawie danych z tabeli 2 narysować na wspólnym wykresie (2 osie OY) zależności
temperatur
w łaźni wodnej od
czasu oraz oporu termistora od czasu.
Co możesz powiedzieć o szybkości nagrzewania się wody w łaźni wodnej?
2. Na podstawie danych z tabeli 2 narysuj wykres oporu termistora od temperatury.
Jaka charakter ma krzywa zależności R = f (T) dla termistora?
3. Wyniki pomiarów zależności oporu termistora od temperatury zestawić w tabeli 3 biorąc
temperatury co pełne 5°C w zakresie od temperatury pokojowej aż do 95°C.
Tabela 3. Zestawienie wartości oporności elektrycznej termistora w funkcji temperatury.
t [°C]
R
T
[ ]
T [K]
T
—1
[10
—3
K
—1
]
ln R
4. Nanieś punkty doświadczalne z tabeli 3 na układ współrzędnych o osiach ln R i 1/T.
5. Metodą najmniejszych kwadratów przeprowadzić dla termistora prostą zależność ln R od 1/T.
W razie potrzeby odrzucić punkty systematycznie odchylające się od prostej.
6. Z parametrów prostej regresji obliczyć wartość współczynnika B.
7. Oblicz współczynnik B
25/85
[K] ze wzoru (7).
8. Oszacuj błędy pomiaru temperatury za pomocą termistora.