В статье рассматривается проблема расчета сопротивлений терморезисторов NTC-типа при различных температурах. Представлена программа для расчетов сопротивлений терморезисторов, а также эксперимент по проверке точности расчетов этой программы.
Ключевые слова :терморезистор, программа расчета, электрическое сопротивление.
Терморезисторы активно применяются в разных сферах, тесно связанных с электроникой. Они особенно важны в процессах, зависящих от температуры. На них основаны многие устройства с функцией измерения температуры. Это могут быть часы с датчиком температуры, или же компьютерный блок питания с функцией защиты от перегрева.
При использовании неизвестных терморезисторов и сборки каких-либо устройств, необходимо знать их характеристики. Они могут находится в документации от производителя терморезистора, но иногда не удаётся распознать название терморезистора и найти сведения о его параметрах. Программа, созданная в рамках авторского проекта, позволит рассчитать такие параметры, как коэффициент температурной чувствительности и сопротивление при определенных температурах, а также поможет в сборке различных электронных устройств.
Цель работы: создание программы для построения приблизительных графиков и таблиц зависимости электрического сопротивления от температуры для терморезисторов NTC-типа.
Задачи: изучить теоретические основы работы терморезисторов; создать программу для расчёта температурного коэффициента и электрического сопротивления терморезистора NTC-типа при определенных температурах; проверить точность расчётов программы через эксперимент с измерениями электрического сопротивления терморезисторов при различных температурах.
На первом шаге реализации проекта были изучены основные теоретические сведения о терморезисторах и найдена приблизительная формула зависимости сопротивления терморезистора от температуры. Эта формула выглядит следующим образом:
Второй шаг был посвящен созданию программы. Были описаны функции созданной программы и проведена проверка точности расчётов программы через эксперимент с измерениями. При запуске программы мы видим окно с тремя кнопками (рисунок 1).
|
|
|
Рис. 1. Дизайн главного окна и окна базы авторской программы
При нажатии на нижнюю кнопку, содержимое окна меняется на таблицу и кнопки взаимодействия с ней. В таблице можно наблюдать уже добавленные три элемента под названиями A, B, C. После всех изменений, содержимое в таблице сохраняется нажатием на кнопку «Сохранить».
Следующее окно – это окно калькулятора коэффициента бета терморезистора. Оно открывается по нажатию средней кнопки. Появляются четыре поля для ввода, кнопка, и поле вывода. После введения всех данных по нажатию кнопки «Рассчитать», выводится значение коэффициента бета.
|
|
|
Рис. 2. Дизайн окна калькулятора бета коэффициента и окно графика электрического сопротивления терморезистора
Самая верхняя кнопка меняет содержимое окна на пустые график, таблицу. Для того чтобы построить график и заполнить таблицу, необходимо кликнуть на кнопку «Выбрать» и появится таблица с базой терморезисторов, которая ранее была показана. Кликнув два раза на необходимый нам терморезистор, таблица пропадёт и перед нами появятся таблица и график.
Для проверки результатов работы программы был проведен эксперимент. Приборы и материалы: часы для измерения температуры окружающей среды, нагревательная установка с возможностью настройки температуры воздуха из фена, мультиметр для измерения сопротивления, три терморезистора.
Сопротивление каждого терморезистора измерялось при температурах 25/100/125/150/175 градусов Цельсия, данные вносились в таблицу, с помощью программы получал расчётные значения сопротивления и тоже вносились их в таблицу.
Таблица 1
Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных данных
|
Значения, полученные в эксперименте |
|||||
|
Терморезистор |
R 20 ºC , Ом |
R 100ºC , Ом |
R 125ºC , Ом |
R 150ºC , Ом |
R 175ºC , Ом |
|
A |
12510 |
1079 |
500.6 |
169.6 |
78.6 |
|
B |
61.2 |
10.6 |
5.3 |
2.4 |
1.4 |
|
С |
98.5 |
29.7 |
20.3 |
12.6 |
8.1 |
|
Значения, полученные через расчёты программы |
|||||
|
Терморезистор |
R 20 ºC , Ом |
R 100ºC , Ом |
R 125ºC , Ом |
R 150ºC , Ом |
R 175ºC , Ом |
|
A |
12510 |
1079 |
613.98 |
373.50 |
240.09 |
|
B |
61.2 |
10.6 |
7.08 |
4.96 |
3.61 |
|
С |
98.5 |
29.7 |
22.5 |
17.67 |
14.23 |
Сравнивая значения в таблицах, можно сделать вывод, что погрешность программы достаточно большая.
Возможные причины большой погрешности: неточность использованных формул для расчёта; неточность измерений мультиметра в режиме омметра; погрешность в измерениях температуры воздуха часами с функцией измерения температуры воздуха; неидеальная нагревательная установка и несоответствие уставленной температуры и действительной выходящей из фена; расстояние терморезистора от фена нагревательной установки никак не учитывалось.
Тем не менее, расчетные данные можно использовать на практике для измерения сопротивления в диапазоне температур от 0 0 С до 125 0 С.
Для дальнейшего развития проекта, необходима более идеальная нагревательная установка, чтобы проверить точность использованных формул в программе.
Если после проверки точность формул будет удовлетворительная, данные исследования можно использовать в конструировании различных устройств, где используется терморезистор NTC-типа, для приблизительного расчёта его сопротивления при различных температурах.
Литература:
- Шефтель, И.T. Терморезисторы (Электропроводность 3d-окислов. Параметры, характеристики и области применения) / И. T. Шефтель. – Москва: Наука, 1973. – 416 с.
- Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. / В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин. – СПб.: Лань. – 2006. – 479 с.
- Электротехника и электроника: учебник / М.В. Немцов. – М.: КНОРУС, 2016. – 560 с.
- Elektrikexpert [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://elektrikexpert.ru/termorezistor.html.
