Zadání:

1. Seznamte se s vlastnostmi a použitím termistorů
2. Změřte a vypočtěte přesnou hodnotu materiálové konstanty B předloženého termistoru typu NTC.
3. Vypočtěte chyby měření jednotlivých veličin a výslednou náhodnou chybu dB_e absolutní i relativní

Teoretický úvod :

Pod pojmem termistory rozumíme nelineární elektrické součástky charakterizivané vysokou závislostí jejich elektrického odporu ke změně teploty. Teplotní koeficient odporu je nejméně pětkrát, v některých případech však i padesátkrát větší než u kovových vodičů (mědi), což umožňuje jejich výhodné použití v různých obvodech měřicí, regulační, automatizační a sdělovací techniky. Použití termistorů je založeno jednak na změně odporu termistorového čidla se změnou teploty prostředí, které termistor obklopuje, dále na nelineárním průběhu statické voltampérové charakteristiky přímo ohřívaného termistoru, vyhřívaného na teplotu okolí procházejícím proudem, na využití časové změny odporu při zapnutí nebo vypnutí obvodu s přímo ohřívaným termistorem, na změně zatěžovací konstanty a tudíž i statické voltampérové charakteristiky při změně prostředí nebo vlastností prostředí, obklopujícího přímo ohřívaný termistor, a konečně na změně odporu nepřímo ohřívaného termistoru, vyhřívaného na teplotu okolí pomocnou topnou spirálou apod.

Z praktických příkladů použití nutno uvést omezení zapínacích proudů ve vláknech elektronek, tepelnou kompenzaci, stabilizaci napětí, tepelnou ochranu spotřebičů, zpožděné zapínání spotřebičů, měření některých elektrických parametrů jako např. výkonů vf proudů, měření a regulaci teploty, vlhkosti, vakua, proudění a některých dalších vlastností hmot, protipožární ochranu, zabezpečení provozu spotřebičů zapojených v sérii, ukazatele hladiny, dálkovou regulaci apod.

Podle charakteru teplotního koeficientu odporu dělíme termistory na:

Termistory negativní (termistory NTC neboli negastory) s negativním teplotním koeficientem odporu. Jejich odpor s teplotou klesá.

Termistory pozitivní (termistory PTC, pozistory) s pozitivním teplotním koeficientem odporu, jejich odpor s teplotou roste.

Rozmezí teplotního použití termistorů bývá od -200°C do + 300°C . Termistory jsou vyráběny spékáním z práškových kysličníkových materiálů (např. Fe₂0₃, TiO₂, CuO, MnO, NiO, CoO, BaO apod.), které se po vytváření podrobují spékaní za předepsaných podmínek, montáži vývodů a konečné úpravě,

zahrnující též stabilizaci elektrických parametrů tepelným nebo proudovým vystárnutím. Vzhledem k této technologii, která je velmi citlivá na přesné dodržení výrobních podmínek a složení hmot i na čistotu surovin a vzhledem k vlastnostem polovodivých materiálů, z nichž jsou termistory vyráběny, je nutno při jejich výrobě počítat s poměrně značným rozptylem jejich elektrických parametrů. Zúžení rozptylu elektrických parametrů se dociluje výběrem u výběrových termistorů.

Termistory NTC se vyznačují negativním teplotním koeficientem odporu, jehož hodnota je většinou asi 10x vyšší než u kovových vodičů. Teplotní průběh odporu termistoru NTC lze v rozmezí teplot T₁ – T₂ je vyjádřen vztahem:

(1)

Kde

R₁ je odpor termistoru při teplotě T₁ [ W ]

R₂ je odpor termistoru při výchozí teplotě T₂ [ W ]

A je konstanta s rozměrem [ W ] , jejíž velikost je odvislá od vlastností materiálu a tvaru termistorového tělíska

e je Eulerovo číslo

B materiálová konstanta [ K ]

T absolutní teplota [ K ]

 

Skutečný teplotní průběh odporu termistoru NTC neodpovídá přesně výše uvedenému vztahu, protože i tzv. “konstanta B“ jeví malou teplotní závislost, a dochází většinou k vzestupu hodnoty konstanty B se vzrůstem teploty. V intervalu dvou teplot, při nichž “konstanta B“ byla změřena, lze však hodnotu B považovat zhruba za konstantní a to tím přesněji, čím menší je zmíněný teplotní interval.

Z (1) plyne:

(2)

Pro hodnotu teplotního koeficientu odporu l pak platí vztah:

(3)

Jakož i vztah pro výpočet konstanty B z měření odporu termistoru R₁,R₂ při dvou různých teplotách T₁, T₂ :

(4)

Toto je vztah, z něhož budeme při zjišťování materiálové konstanty B vycházet především.

Vztah pro poměr odporu termistoru (R) při teplotě (T) a odporu (R₂₅) při teplotě odpovídající 25°C je :

(5)

Velikost konstanty B odvisí od použitého typu materiálu a jeho měrného odporu. Pro určitý typ materiálu platí přibližně vztah:

Postup práce:

Postup práce je totožný s postupem v úloze “Součinitel odporu“. Výpočet náhodných chyb teplot T₁ a T₂ [ K ] a příslušných odporů R₁, R₂ se provádí

dle vztahů (3) až (9) v úloze “Součinitel odporu platinového odporového teploměru“. Rozdíl je samozřejmě ve vztahu pro výslednou náhodnou chybu

naší konstanty B. K tomu bude zapotřebí parciálních derivací vztahu pro B (4) podle veličin R₁, T₁, R₂, T₂. Vztahy si odvoďte.

Popis zařízení:

Zařízení pro měření materiálové konstanty B termistoru je totožní jako aparatura v úloze “Součinitel odporu“. Jediný rozdíl je pochopitelně v tom, že na vstupní svorky X měřicího Wheatstonova mostu se připojí předložený termistor typu NTC. Je nutné dát pozor, a neměřit omylem termistor typu PTC. O tom, že máme NTC termistor se přesvědčíme tím, že jeho odpor při zvýšení teploty asi o 50°C musí výrazně klesnout (asi na 1).

Kontrolní otázky:

1. Jakým vztahem je určena závislost odporu NTC termistoru na teplotě? (2)

 Pracoviště 4:       Součinitel odporu      Termistory