thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 9

Chia sẻ: Dang Cay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

240
lượt xem 64
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Một tính chất quan trọng của loại điện trở này là có độ nhạy nhiệt rất cao, khoảng 10 lần lớn hơn so với điện trở kim loại. Ngoài ra, hệ số nhiệt của chúng có giá trị âm và phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Nhiệt điện trở được làm từ hỗn hợp các ôxít bán dẫn đa tinh thể như: MgO, MgAL2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4. Để chế tạo nhiệt điện trở, các bột ô xít được trộn với nhau theo một tỷ lệ thích hợp, sau đó chúng được nén định dạng và thiêu kết ở...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 9

Chương 9: Nhieät ñieän trôû 5.3.3.1 Ñaëc ñieåm chung Moät tính chaát quan troïng cuûa loaïi ñieän trôû naøy laø coù ñoä nhaïy nhieät raát cao, khoaûng 10 laàn lôùn hôn so vôùi ñieän trôû kim loaïi. Ngoaøi ra, heä soá nhieät cuûa chuùng coù giaù trò aâm vaø phuï thuoäc maïnh vaøo nhieät ñoä. Nhieät ñieän trôû ñöôïc laøm töø hoãn hôïp caùc oâxít baùn daãn ña tinh theå nhö: MgO, MgAL2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4. Ñeå cheá taïo nhieät ñieän trôû, caùc boät oâ xít ñöôïc troän vôùi nhau theo moät tyû leä thích hôïp, sau ñoù chuùng ñöôïc neùn ñònh daïng vaø thieâu keát ôû 1000oC. Caùc daây noái kim loaïi ñöôïc haøn taïi hai ñieåm treân beà maët baùn daãn ñaõ ñöôïc phuû baèng moät lôùp kim loaïi. Caùc nhieät ñieän trôû ñöôïc cheá taïo vôùi nhöõng hình daïng khaùc nhau (ñóa, hình truï, voøng…) vaø phaàn töû nhaïy caûm coù theå ñöôïc boïc moät lôùp baûo veä hoaëc ñeå traàn. Caùc vaät lieäu thöôøng ñöôïc söû duïng coù ñieän trôû suaát cao cho pheùp cheá taïo nhöõng ñieän trôû coù giaù trò thích hôïp vôùi moät löôïng vaät chaát nhoû vaø vôùi kích thöôùc toái thieåu (côõ mm). Kích thöôùc nhoû cho pheùp ño nhieät ñoä ôû töøng ñieåm, ñoàng thôøi do nhieät dung nhoû neân toác ñoä hoài ñaùp lôùn. Ñoä oån ñònh cuûa moät nhieät ñieän trôû phuï thuoäc vaøo vieäc cheá taïo noù vaø ñieàu kieän söû duïng. Voû boïc cuûa nhieät ñieän trôû seõ baûo veä noù khoâng bò phaù huyû hoaù hoïc vaø taêng ñoä oå ñònh khi laøm vieäc. Trong quaù trình söû duïng nhieät ñieän trôû caàn phaûi traùnh nhöõng thaêng giaùn nhieät ñoä ñoät ngoät bôûi vì ñieàu naøy coù theå daãn ñeán laøm raïn nöùt vaät lieäu. Phuï thuoäc vaøo loaïi nhieät ñieän trôû, daõi nhieät ñoä laøm vieäc coù theå thay ñoåi töø moät vaøi ñoä tuyeät ñoái ñeán ñeán khoaûng 300 oC. Coù
theå môû roäng daõi nhieät ñoä naøy nhöng khi ñoù trò soá cuûa ñieän trôû seõ gia taêng ñaùng keå khi laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao. 5.3.3.2 Ñoä Daãn Cuûa Nhieät Ñieän Trôû Moät caùch toång quaùt, ñoä daãn cuûa moät chaát baùn daãn ñöôïc bieåu dieãn bôûi coâng thöùc:  = q(nn + pp) (5-12) Trong ñoù n, p laø ñoä linh ñoäng vaø n, p laø noàng ñoä cuûa ñieän töû vaø loã troáng (töông öùng), q laø ñieän tích cuûa chuùng (q = 1,6.10-19c). Traùi ngöôïc vôùi tröôøng hôïp kim loaïi, ñoái vôùi baùn daãn, nhieät ñoä aûnh höôûng chuû yeáu ñeán noàng ñoä ñieän tích töï do (n,p). Söï thay ñoåi cuûa nhieät ñoä laøm ñöùt moái lieân keát giöõa caùc nguyeân töû vaø daãn ñeán söï hình thaønh caùc caëp ñieän töû vaø loã troáng. Soá caëp G hình thaønh trong moät ñôn vò thôøi gian töø moät ñôn vò theå tích ñöôïc bieåu dieãn bôûi bieåu thöùc: G = A.Ta.exp(-qEi/kT) (5-13) Trong ñoù: T laø nhieät ñoä tuyeät ñoái cuûa chaát baùn daãn, Ei laø naêng löôïng caàn thieát ñeå laøm ñöùt moái lieân keát, A vaø a laø haèng soá ñaëc tröng cho vaät lieäu. Tuy nhieân moät ñieän töû vaø moät loã troáng töï do coù theå taùi hôïp laïi ñeå hình thaønh moät moái lieân keát. Soá laàn taùi hôïp R trong moät ñôn vò thôøi gian töø moät ñôn vò theå tích tyû leä vôùi noàng ñoä ñieän töû vaø loã troáng töï do: R = r .np (5-14) Trong ñoù: r laø heä soá taùi hôïp, vì n=p neân: R = r.n2
ÔÛ traïng thaùi caân baèng noàng ñoä ñieän tích töï do khoâng thay ñoåi: G=R nghóa laø: 1/ 2  AT a  n  r   . exp qEi / 2kT    Neáu tính ñeán aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñoái vôùi ñoä linh ñoäng cuûa ñieän töû n vaø loã troáng p thí ñoä daãn coù theå ñöôïc vieát döôùi daïng bieåu thöùc sau:  = C.Tb.exp(-/T) (5-15) Trong ñoù C vaø b laø caùc haèng soá ñaëc tröng cho vaät lieäu : b = 14  = qEi/2k Ei laø naêng löôïng lieân keát. 5.3.3.3 Quan Heä Ñieän TRôû–Nhieät Ñoä Töø bieåu thöùc cuûa ñoä daãn  coù theå vieát bieåu thöùc cuûa ñieän trôû: 2 T    1 1  RT   Ro   exp      T   T T   o   o  (5-16) Trong ñoù Ro laø ñieän trôû ôû nhieät ñoä tuyeät ñoái To. Do vaäy coù theå bieåu dieãn ñoä nhaïy döôùi daïng:
  bT R   T2 (5-17) Aûnh höôûng cuûa haøm muõ ñeán ñieän trôû chieám öu theá hôn cho neân ñieän trôû ñöôïc vieát laïi döôùi daïng:   1 1  RT   Ro exp B      T T    o  (5-18) vaø boû qua khoâng xeùt ñeán söï phuï thuoäc cuûa B vaøo nhieät ñoä. Trong tröôøng hôïp naøy, ñoä nhaïy nhieät coù daïng R = -B/T2. Giaù trò cuûa B naèm trong khoaûng 3000 5000K. Treân hình 5.1a bieåu dieãn söï thay ñoåi cuûa ñieän trôû phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä cuûa moät nhieät ñieän trôû. Treân hình 5.1b bieåu dieãn söï thay ñoåi cuûa ñoä nhaïy nhieät R vaøo nhieät ñoä cuûa cuøng nhieät ñieän trôû ñoù. Giaù trò cuûa B ñoái vôùi nhieät ñieän trôû naøy baèng 3200K ôû -80 o C vaø taêng leân ñeán 4150K khi nhieät ñoä baèng 150 oC, töông öùng vôùi  = 2600K vaø b =3,6. 1M R(T) 100k 10k 1k 100 10 0.002 0.003 0.004 0.005 1/T a) T 500 400 300 250 200 Hình 5.1a Ñaëc tröng ñieän trôû cuûa nhieät ñieän trôû.
-R 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 T(K) 200 250 300 350 400 Hình 5.1b Ñaëc tröng ñoä nhaïy nhieät cuûa moät nhieät ñieän trôû. Ñoä nhaïy nhieät cao cuûa nhieät ñieän trôû cho pheùp öùng duïng chuùng ñeå phaùt hieän nhöõng bieán thieân raát nhoû cuûa nhieät ñoä (10- 4 10-3K). Caùc nhieät ñieän trôû coù theå ñöôïc söû duïng trong khoaûng nhieät ñoä töø moät vaøi ñoä K ñeán 300 oC. Ñeå ño nhieät ñoä ngoaøi phaïm vi cuûa daûi naøy, caàn phaûi choïn vaät lieäu ñaëc bieät, thí duï cacbuasilic vaø coù bieän phaùp baûo veä höõu hieäu choáng laïi söï phaù huyû hoaù hoïc. Ñeå ño nhieät ñoä thaáp, ngöôøi ta söû duïng caùc nhieät ñieän trôû coù giaù trò nhoû ôû 25 oC (thí duï 50 hoaëc 100). Trong khi ñoù, ñeå ño nhieät ñoä cao caàn phaûi söû duïng nhöõng nhieät ñieän trôû coù ñieän trôû cao ôû nhieät ñoä 25 oC (töø 100 ñeán 500). Vieäc löïa choïn giaù trò chính xaùc cuûa ñieän trôû phuï thuoäc vaøo thieát bò ño.