CN102253287A

CN102253287A - 一种基于LABview的温度-电阻率测量方法

Info

Publication number: CN102253287A
Application number: CN2011101545810A
Authority: CN
Inventors: 徐胜; 吴向坤; 张恒; 戚威; 袁峰
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明属于电学测量技术领域，涉及一种基于LABview的温度-电阻率测量方法，利用T型热电偶采集待测电阻材料样品所处环境的温度，利用电压值采集板将电压值模拟信号按照公式换算成为数字信号传送给电子计算机；电流变化及输出是依照测试开始时在计算机上输入的电流初始值，或者是经过电压判断后改变的电流值经程序传送给电流源使得电流源输出所传送的电流值；电压采集及判断是利用数字万用表采集待测电阻材料样品两端的电压值，利用欧姆定律R＝U/I得出电阻值，再根据ρ＝R×S/L求出电阻率的值；将测量的信息和数据自动输入计算机并进行处理和储存，测量精确，数据分析直观，操作简单，节省时间，结果显示直观，成本低。

Description

一种基于LABview的温度-电阻率测量方法

技术领域：

本发明属于电学测量技术领域，涉及一种利用恒流源、数字万用表、热电偶、数据采集板、计算机及LABview软件等测量材料的电阻率随温度变化的趋势并自动保存测量数据，且能显示其温度-电阻率二维图的测量系统方法，可以测量温度连续或不连续变化的情况下材料的电阻率变化，特别是一种基于LABview的温度-电阻率测量方法。

背景技术：

随着材料科学的迅速发展和广泛应用，新型材料不断出现，其相关的应用研究也吸引了众多研究者的兴趣。一种新型材料的性能测试以及使用时大多要知道它的电阻率，而且大多数材料的电阻率是随着温度的变化而变化的。一般来说金属材料电阻率随着温度的升高而升高，非金属材料和绝缘态材料随着温度的升高而降低，当材料运用在移动性较强的仪器上或温度变化范围比较大的环境时，材料的电阻率测量就尤为重要。要确保这些环境下的仪器能够精确安全使用，通常需要知道其中一些材料电阻率随着温度变化的趋势，以便对仪器进行校准使产品提高性能，所以，测量材料的温度-电阻率变化规律是研究和应用新型材料的基础工作。现有的大多数温度-电阻率测量设备一次只能测量一个电阻值并且数据不能进行自动保存，当温度变化的时候也不能直观的看到电阻是如何随着温度的变化而变化，需要测量温度时必须外加一个温度计，而且需要人为的测量记录，往往要一边记温度一边记电阻值，并且测量结束后还要进行数据处理将电阻值换算为电阻率，花费时间长并且准确度低，而现有的一些比较先进的测量仪器，如PPMS虽然能自动测量，而且其温区变化范围大，但这些设备仪器投资较大，一般单位及科研机构在经济上难以承受，不易普遍推广使用，并且使用操作步骤复杂；所以归结起来，现有的温度-电阻率测量技术方案普遍存在着所用设备复杂，测量步骤繁琐，测量投入成本高，测量结果和数据准确性差等突出缺点。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，基于LABview语言，利用恒流源、数字万用表、热电偶、采集版和电阻材料，搭建一套操作简单，能够准确测量电阻率随温度变化的测量方法可直接测出电阻所处的具体环境温度及该温度下电阻率值并将温度和电阻率储存在指定文件中，在计算机上及时显示出温度——电阻率二维图，使得数据变化趋势更加直观，其利用四端子测量电阻法，在材料上加电流，根据所设的温度间隔在温度变化时采集电压值而求电阻进而计算出电阻率。

本发明方法的主体步骤包括：温度采集、电流变化及输出、电压采集及判断、电阻率的计算和数据储存；温度采集是利用T型热电偶采集待测电阻材料样品所处环境的温度，利用一个电压值采集板将这个电压值模拟信号按照一定的公式换算成为数字信号传送给电子计算机；电流变化及输出是依照测试刚开始时在计算机上输入的电流初始值，(初始值设定的时候要注意对于金属态的材料设定的小一点以防止电阻过大超出量程损坏仪器，对于非金属态的材料设定的稍微大一些，电流值以后会根据电阻的大小自动改变，由于是成倍的变化初始值不能设为0)，或者是经过电压判断后改变的电流值经程序传送给电流源使得电流源输出所传送的电流值；电压采集及判断是利用数字万用表采集待测电阻材料样品两端的电压值，将电压值进行判断，在待测电阻材料样品是非金属态情况下，如果电压小于10V为了使得输出电流大一点，测量更加精确则将电流乘以5，电压在5-10V之间则保持现在电流，如果电压大于50V为了防止电阻率快速变化而造成电阻上的电压超过了电流源保护电压将电流值除以5，在待测电阻材料样品是金属态情况下由于电阻很小而电流源输出能力有限电压很难达到10V，所以电压在0-50V之间都是可以的，如果经温度变化后电阻变得很大电压会超过50V，为了防止电阻上的电压值超过电流源保护电压使电流值除以5；电阻率的计算是利用欧姆定律R＝U/I得出电阻值，再根据ρ＝R×S/L求出电阻率的值；数据储存是利用电子计算机系统将测量的信息和数据自动输入电子计算机并进行处理和储存。

本发明方法的具体工作过程是：

A、将待测电阻材料样品焊接到样品架上，按照四端子法在样品架上有四个端子分别是电流、电压、电压、电流端子，同时样品架上置有一个热电偶用于采集温度值，再将样品架放置到样品保护钢套中，然后放到一个采用水介质或液氮变温的容器中；

B、在测量界面上输入待测电阻材料样品的基本信息，包括样品的名称、长、宽、高；选择金属态或非金属态；设定采样点的温度间隔，选择仪器的端口通道设置一个初始的电流值，点击开始后根据计算机的提示输入一个测量数据的存储路径；

C、用采集板采集待测电阻材料样品周围的温度，然后与上次采样时的温度进行比较，其中第一次与0进行比较，当差值大于等于所设定的采样温度间隔时进行下一步操作，如果差值小于所设定的采样间隔则继续采集温度做差，直到温度大于等于所设定的采样温度间隔；

D、电流源接受信号后按照初始值或者是判定后电流要变化的值输出电流信号，此电流信号流经待测电阻材料样品并在两端形成电压降；

E、自动采集待测电阻材料样品两端的电压值并进行判断按照所选的金属态或非金属态电压要求的范围调节改变电流值；

F、根据D步骤的电流值和E步骤的电压值，利用R＝V/I求出待测电阻材料样品的电阻值，然后根据B步骤所输入的待测电阻材料样品的尺寸信息进行电阻率的计算；

G、将采集电压时的温度值以及该温度下的电阻率值组成一维数组储存到B步骤指定的文件中，然后换行记录下一次所测试的数据在这一个的正下方，最后成为一个n行2列的数组，其中n为测量次数；

H、重复执行D、E、F、G步骤直到温度不再变化后停止。

本发明实现电阻率测量设备装置包括热电偶、恒流源、数字万用表和数据采集板；热电偶和待测电阻材料样品放在同一个电阻保护钢套中，使得电阻温度与热电偶末端温度相同，热电偶采集所处环境中的温度以模拟信号传送到DAQ采集板中，在采集板中根据换算公式将模拟信号转换成为数字信号，即电阻所处环境的温度，此热电偶测温范围广价格便宜；恒流源按照程序指定的值输出电流，电流范围为1nA-100mA，流经待测电阻材料样品两端在其两端形成电压降，恒流源的最小电流小有利于测量电阻率大的材料；数字万用表是当程序给它信号时即采集待测电阻材料样品两端的电压，电压采集最大为1000V，并且以数字的形式输送给计算机以便进行后期的数据处理，电压表可以进行程控并且精度大利于电阻值的准确。

本发明方法是用LABview虚拟仪器作为平台，将热电偶、恒流源、数字万用表和DAQ采集板连接成高效的温度-电阻率测量系统，自动测量电阻率随着温度变化值，测量温度可在80K-370K的区间内进行，无需人工测量，节约人工时间，提高效率；测量数据直接换算成为电阻率值并且做出温度——电阻率的二维图表，节省了后期处理数据的时间和复杂性，并且测量时可根据图表看出电阻率随着温度变化的趋势，简单直观；该测量方法测量精确，数据分析直观，操作简单，节省时间，结果显示直观，成本低。

附图说明：

图1为本发明的工作流程示意框图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例：

本实施例的具体测量待测电阻材料样品的步骤如下：

a、将待测电阻材料样品焊接到样品架上，按照四端子法在样品架上有四个端子分别是电流、电压、电压、电流端子，同时样品架上有一个热电偶用于采集温度值，再将样品架放置到样品保护钢套中，然后放到一个采用水介质或液氮变温的容器中；

b、在测量界面上输入待测电阻材料样品的基本信息，包括样品的名称、长、宽、高；选择金属态或非金属态；设定采样点的温度间隔，选择仪器的端口通道设置一个初始的电流值点击开始后根据计算机的提示输入一个测量数据的存储路径；

c、采集板采集待测电阻材料样品周围的温度，然后与上次采样时的温度进行比较，其中第一次与0进行比较，当差值大于等于所设定的采样温度间隔时进行下一步操作，如果差值小于所设定的采样间隔则继续采集温度做差，直到温度大于等于所设定的采样温度间隔；

d、电流源接受信号后按照初始值或者是判定后电流要变化的值输出电流信号，此电流信号流经待测电阻材料样品并在两端形成压降；

e、自动采集待测电阻材料样品两端的电压值并进行判断按照前面所选的金属态或非金属态电压要求的范围调节改变电流值；

g、将采集电压时的温度值以及该温度下的电阻率值组成一维数组储存到b步骤指定的文件中，然后换行记录下一次所测试的数据在这一个的正下方，最后成为一个n行2列的数组，本实施例n为100次的测量数值；

h、重复执行从d到g的步骤直到温度不再变化后停止，打印并显示出结果。

本实施例实现的装置包括选用常规的热电偶、吉时利6220恒流源、DM3051数字万用表和NI PCI-6221DAQ数据采集板；热电偶和待测电阻材料样品放在同一个电阻保护钢套中，使得电阻温度与热电偶末端温度相同，热电偶采集所处环境中的温度以模拟信号传送到DAQ采集板中，在采集板中根据换算公式将模拟信号转换成为数字信号，即电阻所处环境的温度，此热电偶测温范围广价格便宜；吉时利6220恒流源，按照程序指定的值输出电流，电流范围为1nA-100mA，流经待测电阻材料样品两端在其两端形成压降，恒流源的最小电流小有利于测量电阻率大的材料；DM3051数字万用表，当程序给它信号时即采集待测电阻材料样品两端的电压，电压采集最大能到1000V，并且以数字的形式输送给计算机以便进行后期的数据处理，电压表可以进行程控并且精度大利于电阻值的准确。

Claims

1.一种基于LABview的温度-电阻率测量方法，包括温度采集、电流变化及输出、电压采集及判断、电阻率的计算和数据储存，其特征在于温度采集是利用T型热电偶采集待测电阻材料样品所处环境的温度，利用电压值采集板将电压值模拟信号按照公式换算成为数字信号传送给电子计算机；电流变化及输出是依照测试刚开始时在计算机上输入的电流初始值，或者是经过电压判断后改变的电流值经程序传送给电流源使得电流源输出所传送的电流值；电流初始值设定的时对金属态的材料设定的小一点以防止电阻过大超出量程损坏仪器，对非金属态的材料设定的大一点，电流值根据电阻的大小自动改变，由于是成倍的变化初始值不设为0，电压采集及判断是利用数字万用表采集待测电阻材料样品两端的电压值，将电压值进行判断，在待测电阻材料样品是非金属态情况下，电压小于10V，将电流值乘以5，电压在5-10V之间则保持现在电流，电压大于50V，将电流值除以5；在待测电阻材料样品是金属态情况下由于电阻很小而电流源输出能力有限，电压很难达到10V，电压在0-50V之间，如果经温度变化后电阻变得很大电压会超过50V，电流值除以5；电阻率的计算是利用欧姆定律R＝U/I得出电阻值，再根据ρ＝R×S/L求出电阻率的值；数据储存是利用电子计算机系统将测量的信息和数据自动输入电子计算机并进行处理和储存。

2.根据权利要求1所述的基于LABview的温度-电阻率测量方法，其特征在于具体测试工作过程包括：

G、将采集电压时的温度值以及该温度下的电阻率值组成一维数组储存到B步骤指定的文件中，然后换行记录下一次所测试的数据在正下方，最后成为一个n行2列的数组，其中n为测试次数；

H、重复执行D、E、F、G步骤直到温度不再变化后停止。