Измерение температурного коэффициента сопротивления материалов: методика лабораторной работы

1. Подготовка оборудования и схемы. Перед началом измерений обязательно убедитесь, что выключатели «СЕТЬ» блока электронагревателя (394.2) и источника питания G1 (218) находятся в положении «отключено». Соберите экспериментальную установку, строго следуя соединениям, указанным на рисунке 3.3. Подготовьте мультиметр для измерений сопротивления образцов. Определите диапазон температур: из-за инерционности нагревателя выберите 5–7 точек, включая комнатную температуру, с максимальным нагревом до 100°C.

2. Включение системы и нагрев. Активируйте устройство защитного отключения (УЗО) и автоматический выключатель в источнике G1. Включите выключатель «СЕТЬ» блока электронагревателя (394.2). Регулятор температуры изначально работает в ручном режиме: установите первое целевое значение температуры и переведите его в автоматический режим. О начале разогрева сигнализируют светодиоды индикаторов К1 и RS.

3. Измерение сопротивления. Измерьте сопротивление образцов при комнатной температуре, избегая контакта руками (используйте пинцет или держите за корпус у выводов). После стабилизации температуры нагревателя поместите каждый образец в отверстие до упора, выждите 2–3 минуты для термостабилизации и замерьте сопротивление мультиметром. Повторите для всех температурных точек, соблюдая осторожность при работе с разогретыми образцами. Данные заносите в Таблицу 3.3.

4. Завершение эксперимента и обработка данных. После финальных измерений переведите регулятор температуры в режим «Stop» и отключите питание всех блоков. Постройте графики зависимости R(T) для каждого образца (для диода Si – зависимости напряжения от температуры). Выявите образцы с линейной характеристикой R(T) и рассчитайте их температурный коэффициент сопротивления (α) по формуле:

(3.5)

где R_t2, R_t1- сопротивление образца, соответственно при температуре t₂ и t₁.

5. Важные замечания
- Безопасность: Не касайтесь нагретых образцов и металлических частей установки.
- Точность: Убедитесь в стабилизации температуры перед каждым замером.
- Калибровка: Проверьте точность мультиметра перед началом работы.
- Образцы: В работе используются материалы с разным ТКС: РТС (термистор с α>0), NTC (термистор с α<0), MF (манганин), C (уголь), Cu (медь), диод Si (кремниевый).

Контрольные вопросы
1. Температурный коэффициент удельного сопротивления (ТКρ) – величина, характеризующая относительное изменение сопротивления материала при изменении температуры на 1°C. Для вычисления нужны сопротивления при двух разных температурах и разность этих температур.

2. ТКρ измеряется в К⁻¹ (кельвин в минус первой степени).

3. ТКρ характеризует чувствительность материала к изменению температуры и его знак указывает на тип проводимости (положительный – металлы, отрицательный – полупроводники).

4. У металлов рост температуры увеличивает колебания кристаллической решетки, повышая сопротивление (α>0). У беспримесных полупроводников рост температуры генерирует больше носителей заряда (электронов и дырок), снижая сопротивление (α<0).

5. Очень малый ТКρ характерен для прецизионных сплавов: манганин (Cu+Mn+Ni), константан (Cu+Ni), нихром (Ni+Cr+Fe).

Таблицы для заполнения:
Таблица 3.3 – Результаты замеров сопротивления образцов

Таблица 3.4 – Расчет температурного коэффициента сопротивления (α)