4.З.5. Исследование вах варистора при высокой температуре.
Рисунок 4.4.1
Развертка X-Y.
Канал X-5 В/дел.
Канал Y-1 В/дел.
Размах примерно 9,5 на 8 делений.
Сопротивление на резисторе 100 Ом.
Обработка результатов
1.
Построить статические ВАХ термистора U(I) и позистора I(U) по данным таблиц 4.1.1. и 4.2.1.
ВАХ термистора и позистора.
Рисунок 4.5.1
Рисунок 4.5.2
По данным таблицы 4.3.1 построить зависимость сопротивления позистора от температуры; построить температурную характеристику термистора, откладывая по оси абсцисс 1/T, а по оси ординат - значения проводимости в логарифмическом масштабе.
Заполним таблицу, для удобства расчётов.
Пример рассчетов:
σ1=1/R1 ; σ1=1/2,282=0,44
ln(σ1)=-0,825
Таблица 4.3.1
t, °C |
T, K |
1/T, K-1 |
R1, Ом (термистор) |
R2, Ом (позистор) |
σ1, мкСм |
ln σ1 |
20 |
293 |
0,0034 |
2,282 |
374,9 |
0,44 |
-0,825 |
24 |
297 |
0,0034 |
2,114 |
410,9 |
0,47 |
-0,749 |
28 |
301 |
0,0033 |
1,979 |
449,3 |
0,51 |
-0,683 |
32 |
305 |
0,0033 |
1,865 |
493,9 |
0,54 |
-0,623 |
36 |
309 |
0,0032 |
1,769 |
545,9 |
0,57 |
-0,570 |
40 |
313 |
0,0032 |
1,682 |
608,8 |
0,59 |
-0,520 |
44 |
317 |
0,0032 |
1,604 |
666,8 |
0,62 |
-0,473 |
48 |
321 |
0,0031 |
1,524 |
747,3 |
0,66 |
-0,421 |
52 |
325 |
0,0031 |
1,457 |
833,5 |
0,69 |
-0,376 |
56 |
329 |
0,0030 |
1,408 |
859,0 |
0,71 |
-0,342 |
60 |
333 |
0,0030 |
1,359 |
- |
0,74 |
-0,307 |
64 |
337 |
0,0030 |
1,319 |
- |
0,76 |
-0,277 |
68 |
341 |
0,0029 |
1,277 |
- |
0,78 |
-0,245 |
72 |
345 |
0,0029 |
1,239 |
- |
0,81 |
-0,214 |
76 |
349 |
0,0029 |
1,208 |
- |
0,83 |
-0,189 |
80 |
353 |
0,0028 |
1,176 |
- |
0,85 |
-0,162 |
84 |
357 |
0,0028 |
1,148 |
- |
0,87 |
-0,138 |
88 |
361 |
0,0028 |
1,125 |
- |
0,89 |
-0,118 |
92 |
365 |
0,0027 |
1,103 |
- |
0,91 |
-0,098 |
96 |
369 |
0,0027 |
1,081 |
- |
0,93 |
-0,078 |
100 |
373 |
0,0027 |
1,056 |
- |
0,95 |
-0,054 |
Рисунок 4.6.1
Рисунок 4.6.2
Определить коэффициент температурной чувствительности термистора подставив в уравнение (4.3) значения проводимости термистора при двух любых температурах. Эти значения проводимости и температуры должны соответствовать усреднённой зависимости (прямая линия) lnσ1=f(1/T), а не табличным данным.
Рисунок 4.6.3
Определим коэффициент температурной чувствительности термистора, подставив в уравнение (4.3) значения проводимости термистора при температуре 36 и 84 °C. Эти значения соответствуют усреднённой зависимости.
Коэффициент температурной чувствительности термистора равен 971,8
2.
По
осциллограмме ВАХ варистора вычислить
коэффициент нелинейности варистора
при комнатной температуре по формуле
,где
R и r - статическое и дифференциальное
сопротивления варистора соответственно.
Дифференциальное сопротивление определить построением прямоугольного треугольника на касательной к ВАХ варистора в выбранной рабочей точке A на участке наибольшей нелинейности (рис. 4.7.1).
Рисунок 4.7.1 ВАХ варистора при различных температурах
Для нахождения коэффициента нелинейности варистора необходимо знать его дифференциальное и статическое сопротивление.
Статическое сопротивление можно вычислить по закону ома. На нашей диаграмме, по оси абсцисс одна клетка 5 В, по оси ординат 1 клетка 1 В, находим по закону ома ток 1В/100Ом=0,01А (сопротивление указанно в методичке). По диаграмме находим Rc=20В/0,018А=1110Ом.
Динамическое сопротивление это dU/dI, R∂=ctgα=12/0,034=353 Ом.
Коэффициент нелинейности β=Rс/R∂=1110/353=3,15
Рисунок 4.1.2.
3.
По
осциллограммам ВАХ варистора при разных
температурах (см. рис. 4.5) вычислить
температурные коэффициенты сопротивления
варистора при неизменном напряжении и
неизменном токе по формулам:
,
где R, R’и
R’’-статические
сопротивления, соответствующие различным
токам и напряжениям.
Рассчитаем ТКR при постоянном напряжении U=20В. R=20/0,02=1000, R’=20/0,03=667. T1 по показаниям приборов 0 градусов, я в этом сильно сомневаюсь, пусть T1=15 °С=288 K, T2 по показанию приборов более 100 °С, т.к. прибор зашкаливает, примем T2=120°С =393 K.
ТКR при постоянном токе I=0,02А. R=20/0,02=1000, R’’=17/0,02=850.
Полученные экспериментальные данные соответствуют данным, найденным мною в других источниках.
Вывод:
В данной лабораторной работе, по экспериментальным данным были построены ВАХ для позистора и термистора, они сопоставимы с ВАХ из справочников и интернета.
Так же были построены зависимость сопротивления позистора от температуры и температурная характеристика термистора, они близки к линейным на исследованном участке. Эти графики наглядно представляют полученные данные и позволяют визуально оценить их.
Рассчитан коэффициент температурной чувствительности термистора- 971,8, он определяет характер температур температурой зависимости данного типа терморезисторов.
Вычислен коэффициент нелинейности варистора- 3,15. Этот коэффициент определяется отношением его статического сопротивления к динамическому. Вероятнее всего, варистор, использовавшийся в нашем эксперименте создан на основе карбида кремния, поскольку это самый распространенный тип варисторов и их коэф. нелинейности лежит в пределах 2-10.
Был вычислен температурный коэффициент сопротивления TKR варистора при неизменном напряжении и неизменном токе. Эти данные показывают, как изменится сопротивление варистора, при изменяющейся температуре, что весьма полезно в условиях отличных от нормальных.
Так же были изучены и обработаны ВАХ диаграммы варистора при различных температурах, что помогает наглядно оценить TKR.
Вольтамперная характеристика (ВАХ) варистора нелинейна и симметрична. При нагревании варистора его (ВАХ) характеристика изменяется, до нагревания по оси абсцисс развертка занимала 10 делений, после нагревания 9,5 делений. Такое поведение кривой связанно с отрицательным температурным коэффициентом расширения. Определено дифференциальное сопротивление варистора на участке наибольшей нелинейности.