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.