INFORMATYKA
I ROK
|
GRZEGORZ PRZEWŁOCKI
grupa C1 godz. 7.30 |
17.03.1995 |
BADANIE ZALEŻNOŚCI TEMPERATUROWEJ OPORU PÓŁPRZEWODNIKA |
||
OPIS ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyki prądowo - napięciowej i zależności rezystancji termistora w funkcji temperatury. Pomiarów napięcia i prądu dokonywano w dwóch przypadkach:
- termistor w temperaturze pokojowej;
- termistor w glicerynie (jako cieczy chłodzącej).
W drugiej części ćwiczenia termistor był zanurzony w cieczy (glicerynie), której temperaturę zwiększano od temperatury pokojowej około 20°C do temperatury około 100°C. Pomiarów rezystancji dokonywano mostkiem Wheatstone'a.
UKŁADY POMIAROWE
- a) do zdejmowania charakterystyk prądowo - napięciowych,
- b) do wyznaczenia zależności rezystancji od temperatury.
a)
b)
TABELE POMIARÓW
Tabelka przedstawia wartości napięcia i prądu mierzonego w układzie a), w powietrzu i glicerynie.
U [V] |
I [mA] |
|
15 |
20.9 |
|
20 |
31.9 |
|
25 |
40.4 |
|
30 |
46.6 |
|
35 |
52.8 |
|
40 |
58.8 |
|
45 |
64.1 |
|
50 |
69.0 |
|
55 |
73.2 |
|
60 |
77.4 |
|
65 |
85.0 |
|
70 |
85.8 |
|
80 |
90.4 |
|
Tabelka przedstawia wartości rezystancji i temperatury mierzonej w układzie b), z termistorem znajdującym się w kąpieli glicerynowej:
R [Ω] |
lnR |
t [°C] |
T [K] |
|
580 |
6.36 |
30 |
303 |
3.30 |
480 |
6.17 |
40 |
313 |
3.19 |
340 |
5.82 |
50 |
323 |
3.09 |
260 |
5.56 |
60 |
333 |
3.00 |
230 |
5.43 |
70 |
343 |
2.91 |
180 |
5.19 |
80 |
353 |
2.83 |
155 |
5.04 |
90 |
363 |
2.75 |
140 |
4.94 |
95 |
368 |
2.71 |
4. Rachunek i dyskusja błędów:
4.1. Błąd bezwzględny pomiaru napięcia:
gdzie:
Z - zakres pomiarowy,
K - klasa dokładności miernika,
d - błąd odczytu z miernika (jedna działka),
4.2. Błąd względny pomiaru napięcia wyznaczamy ze wzoru:
δ wynosi dla poszczególnych pomiarów napięć odpowiednio:
15V 18.3%
20V 13.7%
25V 11.0%
30V 9.1%
35V 7.8%
40V 6.8%
45V 6.1%
50V 5.5%
55V 5.0%
60V 4.58%
65V 4.23%
70V 3.92%
80V 3.43%
4.3. Uchyb wartości prądu określamy:
w powietrzu: w glicerynie:
20.9mA 0.41mA 26.3mA 0.52mA
31.9mA 0.63mA 28.5 mA 0.57mA
40.4 mA 0.80mA 30.6 mA 0.69mA
46.6 mA 0.93mA 40.9 mA 0.81mA
52.8 mA 1.05mA 47.4 mA 0.94mA
58.8 mA 1.17mA 54.0 mA 1.08mA
64.1 mA 1.28mA 59.3 mA 1.18mA
69.0 mA 1.38mA 63.9 mA 1.27mA
73.2 mA 1.46mA 68.5 mA 1.37mA
77.4 mA 1.54mA 72.4 mA 1.44mA
85.0 mA 1.70mA 76.4 mA 1.52mA
85.8 mA 1.71mA 79.3 mA 1.58mA
90.4 mA 1.80mA 85.5 mA 1.71mA
4.4. Uchyb wartości rezystancji wyznaczamy ze wzoru:
Wynosi on odpowiednio:
580Ω 5.8Ω
480Ω 4.8Ω
340Ω 3.4Ω
260Ω 2.6Ω
230Ω 2.3Ω
180Ω 1.8Ω
155Ω 1.5Ω
140Ω 1.4Ω
Energię aktywacji termistora wyznaczamy ze wzoru: gdzie tg wyznaczamy z wykresu:
i wynosi ona: .
Błąd określenia energii aktywacji termistora zależy tylko od błędu określenia wartości tg
Energia aktywacji wynosi więc:
5. WNIOSKI KOŃCOWE
Z analizy wykresów przedstawiających zależności prądu w funkcji napięcia w dwóch przypadkach, gdy termistor znajduje się w powietrzu, oraz gdy termistor znajduje się w glicerynie można określić wpływ temperatyry otoczenia na wartość rezystancji termistora.
Nakładając wykresy na siebie zauważymy, że wykres gdzie termistor był zanużony w cieczy chłodzącej znajduje się poniżej wykresu, kiedy termistor znajdował się w powietrzu.
Można stąd wyciągnąć wniosek, że temperatuta otoczenia ma wpływ na rezystancję w taki sposób, że przy określonym napięciu rezystancja jest większa wtedy, gdy temperatura jest mniejsza. Przez termistor płynie wówczas mniejszy prąd.
Widzimy poza tym, że charakterystyka prądowo - napięciowa nie jest zależnością liniową (przy stałej temperaturze otoczenia). Dzieje się tak dlatego, że prąd przepływając przez element rezystancyjny powoduje zwiększanie jego temperatury, co w przypadku termistora powoduje nieliniowy przyrost rezystancji. Nie można więc do termistora stosować prawa Ohma.
6. WYKRESY WIELKOŚCI MIERZONYCH
Wykres zależności jest funkcją liniową w związku z czym można metodą najmniejszych kwadratów wyznaczyć prostą określającą tą zależność.
Suma kwadratów argumentów funkcji wynosi: 70.887;
suma argumentów funkcji wynosi: 23.761;
suma iloczynów wartości i argumentów funkcji wynosi: 132.94;
suma wartości funkcji wynosi: 44,51;
ilość pomiarów = 8.
Stąd otrzymujemy układ równań:
w którym po wyliczeniu: a = 1.7,
b = 0.02.
Równanie funkcji przyjmuje postać: