ЭКСПЕРИМЕНТ 9 Терморезисторы
Цели
После проведения данного эксперимента Вы сможете оценивать функционирование схем, содержащих терморезисторы (термисторы).
Необходимые принадлежности
* Цифровой мультиметр
* Макетная панель
* Источник постоянного напряжения
* Паяльник
* Элементы:
один терморезистор 1 кОм с отрицательным температурным коэффициентом, один резистор — 1/4 Вт, 5%, 1 кОм.
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
Все электрические проводники чувствительны к изменениям температуры. Обычная медная проволока имеет положительный температурный коэффициент; когда она нагревается, ее сопротивление увеличивается. Тем не менее, относительный рост сопротивления очень мал. В большинстве случаев избыток тепла не оказывает значительного влияния на сопротивление.
С другой стороны, имеются типы резисторов, сопротивление которых претерпевает большие изменения при относительно небольших температурных
колебаниях. Такие устройства находят применение.
Прочие типы резисторов
Терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом
Специальный резистор, разработанный для больших изменений сопротивления в зависимости от температурных флуктуаций, известен как терморезистор или термистор. Термисторы обычно имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC). Это означает, что когда температура терморезистора возрастает, сопротивление его падает, и наоборот. Даже при незначительном изменении температуры происходит значительное изменение сопротивления.
Подобные чувствительные элементы используются для создания различных элементов — от электронных термометров до детекторов — в тех или иных промышленных системах управления, в которых должен осуществляться текущий контроль (мониторинг) и/или управление температурой.
Терморезистор с положительным температурным коэффициентом
Имеются также термисторы с положительным температурным коэффициентом (РТС). Эти устройства увеличивают свое сопротивление при возрастании температуры. При этом их сопротивление изменяется более резко и круто, чем у терморезисторов с отрицательным температурным коэффициентом.
Хорошим примером терморезистора с положительным температурным коэффициентом является нить лампы накаливания. Когда лампа накаливания выключена, нить накала имеет очень низкое значение сопротивления. Однако когда через лампу протекает ток, нить сильно накаляется и быстро нагревается до температуры белого каления. Это значительно увеличивает сопротивление нити. Например, стандартная лампа накаливания 100 Вт имеет в холодном состоянии сопротивление приблизительно 100 м. Когда же на лампу подается напряжение 120 В, нить нагревается с увеличением сопротивления до 1440м, то есть, отмечается рост сопротивления в 14, 4 раза. Характеристики лампы накаливания могут использоваться для целей регулирования в некоторых типах электрических и электронных схем.
Сверхпроводимость
Имеется исключительный случай вариации сопротивления с изменением температуры. А именно, когда температура понижается до очень низкого уровня, сопротивление падает до нуля. Некоторые материалы фактически теряют свое сопротивление, когда их температура понижается до значений, несколько больших абсолютного нуля (-273°С). Это явление известно как сверхпроводимость. Продолжающиеся исследования обнаруживают новые материалы, сопротивление которых устраняется даже при более высоких температурах, что делает их более пригодными для применения на практике.
Краткое содержание
В данном эксперименте Вы поработаете с терморезистором, чтобы разобраться в его термочувствительных характеристиках.
ПРОЦЕДУРА
1. Приготовьте две чашки или два стакана воды. Вы будете использовать их для изменений температуры терморезистора. Один стакан наполните очень горячей водой из-под крана. Другой стакан наполните холодной водой и добавьте в нее кубики льда.
2. Рассмотрите терморезистор. Как Вы можете видеть, это круглый диск из специального резистивного материала. Терморезистор имеет диаметр 1/4 дюйма, а к каждой стороне терморезистора припаяны проволочные выводы. Сначала возьмите терморезистор и измерьте его сопротивление при комнатной температуре при помощи Вашего мультиметра.
R = _ Ом (при комнатной температуре)
3. Закрепите измерительные выводы мультиметра на выводах терморезистора и погрузите корпус терморезистора в горячую воду. Подождите примерно 10 секунд и заметьте сопротивление. R = _____ Ом (в горячей воде)
4. Извлеките терморезистор из горячей воды и сразу же поместите его в стакан с холодной водой. Снова заметьте сопротивление через 10 секунд. R = _____ Ом (в холодной воде)
5. Основываясь на результатах, полученных в двух предыдущих шагах, запишите словами, как изменяется сопротивление в зависимости от изменений температуры.
6. Соберите схему, показанную на рисунке 9-1. Заметьте, что терморезистор подключается вместе с резистором 1 кОм как часть делителя напряжения к источнику питания 9 В. Заметьте, что
Рис. 9-1.
выходное напряжение снимается с выводов термистора. Измерьте теперь выходное напряжение при комнатной температуре.
Vo = __ В (при комнатной температуре)
7. Нагрейте паяльник и поднесите его приблизительно на расстояние 1/4 дюйма от терморезистора. Дайте ему нагревать терморезистор, а в это время следите за изменением напряжения на терморезисторе. Через 10 секунд запишите значение измеренного напряжения.
Vo = __ В (в нагретом состоянии) Дайте затем терморезистору охладиться, прежде чем Вы перейдете к шагу 8.
8. Модифицируйте схему эксперимента так, чтобы она выглядела подобно схеме, показанной на рисунке 9-2. Снова Вы используете терморезистор как часть делителя напряжения. Однако в данной схеме выходное напряжение снимается с резистора 1 кОм, а не с терморезистора.
Рис. 9. 2.
Измерьте и запишите выходное напряжение, снимаемое с резистора 1 кОм, при комнатной температуре.
Vo = __ В (при комнатной температуре)
9. Снова нагрейте паяльник и поднесите его приблизительно на расстояние 1/4 дюйма от терморезистора. Дайте ему нагревать терморезистор, а Вы в это время следите за изменением напряжения на резисторе 1 кОм в течение приблизительно 10 секунд и замечайте, как изменяется напряжение. В конце 10-секундного периода запишите значение измеренного напряжения. Vo = __ В (в нагретом состоянии)
10. Как выходное напряжение варьируется в зависимости от температуры в каждой из схем?
ОБЗОРНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Положительный температурный коэффициент означает:
а) когда температура уменьшается, уменьшается сопротивление;
б) когда температура увеличивается, увеличивается сопротивление;
в) когда температура уменьшается, сопротивление увеличивается;
г) когда температура варьируется, сопротивление изменяется.
2. В лампе накаливания сопротивление нити в горячем состоянии ниже, чем сопротивление нити в холодном состоянии:
а) высказывание верно,
б) высказывание неверно.
3. Полная потеря сопротивления при очень низких температурах известна как:
а) сверхсопротивление,
б) экстремальный температурный коэффициент,
в) сверхпроводимость,
г) холодное сопротивление.
4. Чтобы преобразовать изменение сопротивления терморезистора в вариацию напряжения, в какой тип схемы должен быть подключен терморезистор?
а) усилитель,
б) счетчик,
в) фильтр,
г) делитель напряжения.
5. Терморезисторы иногда используются в мостовых схемах:
а) высказывание верно,
б) высказывание неверно.
