Coeficiente de temperatura de la resistencia: fórmula y método de medición

En electrotecnia o electrónica, cuando la corriente pasa por un cable, éste se calienta debido a su resistencia. En condiciones perfectas, la resistencia debería ser "0", pero no es así. Cuando el cable se calienta, su resistencia cambia en función de la temperatura. Aunque es preferible que la resistencia se mantenga estable y sea independiente de la temperatura. Por ello, la variación de la resistencia por cada grado de cambio de temperatura se denomina coeficiente de resistencia térmica (TCR). Generalmente se denota con el símbolo alfa (α). El TCR del metal puro es positivo porque cuando la temperatura aumenta, la resistencia también lo hace. Por esta razón, se necesitan aleaciones para producir resistencias muy precisas en las que la resistencia no cambia.

¿Qué es el coeficiente de temperatura de la resistencia (TCR)?

Sabemos que hay muchos materiales que tienen una cierta resistencia. La resistencia de un material cambia con la variación de la temperatura. La relación principal entre el cambio de temperatura y el cambio de resistencia puede venir dada por el parámetro denominado TCR (coeficiente de resistencia bajo temperatura). Se denota con el símbolo α (alfa).

Según el material que se obtenga, el TCR se distingue en dos tipos: el coeficiente de resistencia de temperatura positiva (PTCR) y el coeficiente de resistencia de temperatura negativa (NTCR).

En la PTCR, cuando la temperatura aumenta, la resistencia del material aumenta. Por ejemplo, en los conductores, cuando aumenta la temperatura, también aumenta la resistencia. En el caso de aleaciones como la constantina y la manganina, la resistencia es bastante baja en un determinado rango de temperaturas. En el caso de los semiconductores, como los aislantes (goma, madera), el silicio, el germanio y los electrolitos, la resistencia disminuye al aumentar la temperatura, por lo que tienen un TCR negativo.

En los conductores metálicos, cuando la temperatura aumenta, la resistencia aumenta debido a los siguientes factores.

• Directamente sobre la resistencia inicial
• Aumento de la temperatura.
• Dependiendo de la durabilidad del material.

La fórmula del coeficiente de resistencia a la temperatura

La resistencia del conductor puede calcularse a cualquier temperatura específica basándose en sus datos de temperatura, su TCR, su resistencia de temperatura típica y la temperatura de funcionamiento. En términos generales, el coeficiente de temperatura de la fórmula de la resistencia puede expresarse como

R = R_ref (1+α (T-Tref))

Donde

r" es la resistencia de temperatura "T

'R_ref' es la resistencia a la temperatura "Tref

α' es el TCR del material

t' es la temperatura del material en ° Celsius

tref' es la temperatura de referencia para la que se da el coeficiente de temperatura.

El Unidad del SI del coeficiente de temperatura de la resistividad es por grado Celsius o ( /°C)

El del coeficiente de temperatura de la resistencia es ° Celsius

Normalmente, el TCR (coeficiente de resistencia a la temperatura) es coherente con una temperatura de 20 °C. Por lo tanto, esta temperatura suele considerarse como la temperatura ambiente normal. Por lo tanto, el coeficiente de resistencia derivado de la temperatura normalmente lo incluye en la descripción:

R = R20 (1+α20 (T-20) )

Donde

r20' es la resistencia a 20°C

α20' es el TCR a 20°C

El TCR de las resistencias es positivo, negativo o, por el contrario, constante en un rango de temperatura fijo. Elegir la resistencia correcta puede eliminar la necesidad de compensar la temperatura. En algunas aplicaciones, se requiere un TCR elevado para medir la temperatura. Las resistencias para estas aplicaciones se conocen como termistores, que tienen un PTC (coeficiente de temperatura positivo de resistencia) o NTC (coeficiente de temperatura negativo de resistencia).

Coeficiente de temperatura positivo de la resistencia

El término PTC se refiere a ciertos materiales que, una vez que la temperatura aumenta, también ven incrementada su resistencia eléctrica. Los materiales con un coeficiente más alto muestran un rápido aumento de la temperatura. Un material PTC está diseñado para alcanzar la máxima temperatura utilizada para una determinada tensión i/p, ya que en un determinado momento, al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia eléctrica. El coeficiente de temperatura positivo de los materiales de resistencia es naturalmente autolimitante, no como los materiales NTC o el calentamiento por resistencia lineal. Algunos materiales, como la goma PTC, también tienen un coeficiente de temperatura que aumenta exponencialmente

Coeficiente de temperatura negativo de la resistencia

Un NTC se refiere a ciertos materiales que ven disminuir su resistencia eléctrica al aumentar la temperatura. Los materiales que tienen un coeficiente menor muestran una rápida disminución con la temperatura. Los materiales NTC se utilizan principalmente para fabricar limitadores de corriente, termistores y sensores de temperatura.

Método de medición del TCR

El TCR de una resistencia puede determinarse calculando los valores de resistencia en un rango de temperatura adecuado. El TCR se puede medir cuando la pendiente normal del valor de la resistencia está por encima de este rango. Para las relaciones lineales, ésta es una cifra exacta, ya que el coeficiente de temperatura de la resistencia es estable a cualquier temperatura. Sin embargo, hay varios materiales que tienen un coeficiente no lineal. Por ejemplo, el nicromo es una aleación muy utilizada para las resistencias y la relación principal entre el TCR y la temperatura es no lineal.

Como el TCR se mide como una pendiente normal, es muy importante identificar el rango entre el TCR y la temperatura. El TCR puede calcularse mediante un método normalizado, como la técnica MIL-STD-202, para el rango de temperaturas de -55°C a 25°C y de 25°C a 125°C. El valor máximo calculado se identifica como el TCR. Esta técnica suele ser superior a la indicación de una resistencia para aplicaciones poco exigentes.

Coeficiente de resistencia a la temperatura para determinados materiales

A continuación se indica el TCR de ciertos materiales a 20°C.

• Para el material Plata (Ag), el TCR es de 0,0038°C
• Para el cobre (Cu), el TCR es de 0,00386°C
• Para el material de oro (Au), el TCR es de 0,0034°C
• Para el material de aluminio (Al), el TCR es de 0,00429°C
• Para el material de tungsteno (W), el TCR es de 0,0045°C
• Para el material de hierro (Fe), el TCR es de 0,00651°C
• Para el material de platino (Pt), el TCR es de 0,003927°C
• Para el material de manganina (Cu = 84% + Mn = 12% + Ni = 4%), el TCR es de 0,000002°C
• Para los materiales a base de mercurio (Hg), el TCR es de 0,0009°C
• Para el material Nichrome (Ni = 60% + Cr = 15% + Fe = 25%), el TCR es de 0,0004°C
• Para el material Constantan (Cu = 55% + Ni = 45%), el TCR es de 0,00003°C
• Para el material Carbono (C), el TCR es de - 0,0005°C
• Para el material de germanio (Ge), el TCR es de - 0,05°C
• Para el material de silicio (Si), el TCR es de - 0,07°C
• Para el material Latón (Cu = 50-65% + Zn = 50-35%), el TCR es de 0,0015°C
• Para el material Níquel (Ni), el TCR es de 0,00641°C
• Para el material de estaño (Sn), el TCR es de 0,0042°C
• Para el material de Zinc (Zn), el TCR es de 0,0037°C
• Para el material de manganeso (Mn), el TCR es de 0,00001°C
• Para el material de tantalio (Ta), el TCR es de 0,0033°C

Experimento TCR

El coeficiente de temperatura del experimento de resistenciase explica a continuación.

Objetivo

El objetivo principal de este experimento es averiguar el TCR de una bobina determinada.

Equipo

El equipo de este experimento consta principalmente de cables de conexión, puente de fomento Carey, caja de resistencia, acumulador de plomo, llave unidireccional, resistencia baja desconocida, jockey, galvanómetro, etc.

Descripción

El puente Carey Foster es similar a un puente de contadores porque puede diseñarse con 4 resistencias, como P, Q, R y X, conectadas entre sí.

En el puente de Whetstone anterior, el galvanómetro (G), un acumulador de plomo (E) y las teclas del galvanómetro y del acumulador son K1&K, respectivamente.

Si se cambian los valores de las resistencias, no circula corriente por la "G" y se puede determinar la resistencia desconocida a partir de cualquiera de las tres resistencias denominadas P, Q, R y X. Para determinar la resistencia desconocida se utiliza la siguiente relación.

P/Q =R/X

El puente de Carey puede utilizarse para calcular la diferencia entre dos resistencias casi iguales, y conociendo el valor de una, se puede calcular el valor de la otra. En este tipo de puente, las últimas resistencias se eliminan en el cálculo. Esto es una ventaja y, por tanto, puede utilizarse fácilmente para calcular una resistencia conocida.

Las resistencias iguales, como P y Q, se conectan en las ranuras interiores 2 y 3, la resistencia típica "R" puede conectarse en la ranura 1 y "X" (resistencia desconocida) se conecta en la ranura 4. Según el principio del puente de Whetstone

P/Q = R + a + l1ρ/X + b + (100- l1)ρ

En la ecuación anterior, a y b son los cambios en los extremos E y F y son la resistencia para la longitud de cada unidad del hilo del puente. Si se continúa esta prueba cambiando X y R, la longitud de equilibrio "l2" se calcula a partir del extremo E.

P/Q = X + a + 12 ρ/ R + b +(100-12) ρ

A partir de las dos ecuaciones anteriores,

X = R + ρ (11 -12)

Dejando que l1 y l2 sean las longitudes de equilibrado, una vez que la prueba anterior se realiza a través de una resistencia típica "r" en lugar de "R" y en lugar de X, una tira ancha de cobre de resistencia "0".

0 = r + ρ (11' -12') o ρ = r/11' -12'

Si las resistencias de las bobinas son X1 y X2 a temperaturas como t1oc y t2oc, entonces el TCR es

Α = X2 - X1/(X1t2 - X2t1)

Además, si las resistencias de las bobinas son X0 y X100 a temperaturas como 0oc y 100oc, el TCR es

Α = X100 - X0/(X0 x 100)

Se trata, por tanto, del coeficiente de temperatura de resistencia. De la información anterior, podemos concluir que es el cálculo del cambio en la resistencia eléctrica de cualquier sustancia para cada nivel de cambio de temperatura. Aquí tienes una pregunta: ¿cuál es la unidad de medida del coeficiente de resistencia a la temperatura?