CN106093575A - 一种变温下测量导体常温电阻率及电阻温度系数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变温下测量导体常温电阻率及电阻温度系数的方法，在标准的电桥试验台上加装两点电子测温探头，同时将微欧计测量信号和电子测温探头信号引入计算机采集卡中，利用计算机同时连续记录电阻值和温度变化。利用室内的空调装置进行室内变温。利用记录的不同温度下的电阻值和用密度法测量的截面面积计算出电阻率。同样根据拟合的曲线可以得到电阻R相对于温度T的变化线性斜率K，电阻率温度变化系数α则可以用斜率K计算出来。本发明采用了通用测量电桥结合电子温度探头、空调变温相结合的方式，解决了普通实验室测量导体电阻率和温度系数的难题。采用本发明，与标准的测量方法相比，测量程序简单、效率高。

Description

一种变温下测量导体常温电阻率及电阻温度系数的方法

技术领域

本发明涉及一种变温下测量导体常温电阻率及电阻温度系数的方法。

背景技术

导体的电阻率通常用电桥法进行测量，标准常温电阻率为20℃下的电阻率。标准测量方法需要在恒温室的恒温槽中进行，不适合普通试验室测量。通常在普通实验室测量某温度下的电阻，然后用资料上介绍的电阻率温度系数进行换算，得出20℃下的电阻。实际上，导体化学成分不完全一样，热处理状态也不完全一样，其电阻率温度系数也有不同。用单一的电阻率温度系数换算是不正确的。为此本发明采用变温法测量解决了普通实验室中测量常温电阻率和电阻率温度系数的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种变温下测量导体常温电阻率及电阻温度系数的方法，其中，所述导体为粗细均匀的柱状体。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种变温下测量导体常温电阻率及电阻温度系数的方法，利用室内的空调装置进行室内变温，将待测的导体试品安装在标准的电桥试验台上，在所述的标准的电桥试验台上加装温度传感器，温度传感器的探头与所述导体试品紧密接触，同时将微欧计测量信号和温度传感器的信号引入计算机采集卡中，利用计算机同时连续记录电阻值和温度变化，测出导体试品的截面积S；

利用不同温度下测得的数据进行拟合，计算出20℃下导体试品的电阻R，R为左右两个电压夹头间的电阻值，测量两个电压夹头间导体试品的长度，记录为L₁，电阻率ρ与电阻R的关系为：

(2)；

同样根据拟合的曲线可以得到电阻R相对于温度T的变化线性斜率K:

(3)；

电阻率温度变化系数α（即所述的电阻温度系数）则可以用斜率K计算出来：

(4)。

进一步的，所述导体试品的截面积S的计算方法为：用精确天平称重试品并记录导体试品的质量G，测量导体试品的长度，记录为L₀，用称重法测量试品的密度，记录为γ；

则试品的截面积S利用公式（1）计算：

(1)。

进一步的，在标准的电桥试验台上加装左右两个电子温度传感器对导体试品的温度T进行测量，两个温度传感器测得的温度值取平均值作为导体试品的温度值T。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明采用了通用测量电桥结合电子温度探头、空调变温相结合的方式，解决了普通实验室测量导体常温电阻率和温度系数的难题。

采用本发明，与标准的测量方法相比，测量程序简单、效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明所采用的测试装置的结构示意图。

图2是本发明所采集数据进行数据拟合形成的图表。其中，横轴为试品温度（℃），纵轴为试品每米电阻值（毫欧）。

其中：1电桥测量支台、2电桥左电流夹头、3电桥左电压夹头、4左温度传感器、5右温度传感器、6电桥右电压夹头、7电桥右电流夹头、8导体试品、9微欧计、10带采集卡的计算机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。

本发明所采用的装置是在标准的电桥试验台上加装两点电子测温探头（温度传感器），同时将微欧计测量信号和电子测温探头信号引入计算机采集卡中，利用计算机同时连续记录电阻值和温度值。利用室内的空调装置进行室内变温。利用记录的不同温度下的电阻值和用密度法测量的导体的截面面积计算出电阻率。

如图1所示，上述装置包括电桥组件、左温度传感器4、右温度传感器5以及带采集卡的计算机10，所述左温度传感器4和右温度传感器5的输出端与带采集卡的计算机10的采集卡的输入端连接，所述电桥组件包括微欧计9、电桥测量支台1、电桥左电流夹头2、电桥右电流夹头7、电桥左电压夹头3和电桥右电压夹头6，所述电桥左电流夹头2、电桥右电流夹头7、电桥左电压夹头3和电桥右电压夹头6与所述微欧计9连接。

导体试品8通过上述的电桥左电流夹头2、电桥右电流夹头7、电桥左电压夹头3和电桥右电压夹头6固定在电桥测量支台1上，所述的左温度传感器4和右温度传感器5设置在所述电桥左电压夹头3和电桥右电压夹头6之间，右温度传感器5的测温探头与被测导体试品8紧密接触。

考虑到导体试品8温度的不均匀性，采用左右两个电子温度传感器进行测量，温度传感器位置放于电桥左电压夹头3和电桥右电压夹头6间距的四分之一处，即左温度传感器4位于电桥左电压夹头3和电桥右电压夹头6间距的左起四分之一处，右温度传感器5位于电桥左电压夹头3和电桥右电压夹头6间距的右起四分之一处。两个温度传感器探头测得的温度值取平均值作为导体的温度值。

所述左温度传感器4和右温度传感器5将信号传给带采集卡的计算机10。所述的带采集卡的计算机10通过采集卡接收来自电桥组件中微欧计9的信息。通过编程可以用带采集卡的计算机10控制采集频率，记录时间、温度、电阻值。根据带采集卡的计算机10所记录的时间、温度和电阻值信息，通过数据处理可求出不同温度下电阻值。

所述的数据处理方法是采用最小二乘拟合法，确定导体试品温度与电阻间的线性关系，从而求出温度在20℃时电阻值。

本发明的工作原理如下：

空调变温控制室温内温度变化，室内的导体试品8也会发生温度变化。由于电子温度传感器与导体试品8紧密接触，两个温度传感器探头测得的温度值取平均值作为导体的温度值。

为了减小温度波动，采用空调台阶式调三个温度，如18℃、21℃、24℃。空调在每个设定的温度附近波动，这样可以得到三个测量区域，将记录的数据用excell数据表格记录并进行数据拟合，用图表显示出来，见图2。数万个测量值拟合出来的线性曲线是可靠的，利用该线性曲线可以得到20℃的电阻值。测试过程中至少采集200组数据，数据越多，拟合出来的线性曲线越可靠。

由于导体直径的不均匀性，不能用某一点的直径测量结果计算电阻率，本发明中采用的是先对导体试品8称重，测量长度，然后精确测量导体试品的密度，这样很容易计算出导体试品的截面积，根据电阻率公式可轻易计算出电阻率的值。同样根据拟合出的线性关系的斜率可以轻松计算出电阻率温度系数。

本发明的具体计算方法如下：

用精确天平称重导体试品并记录导体试品8的质量G，测量导体试品8的总长度，记录为L₀，用称重法测量试品的密度，记录为γ。则试品的截面积S利用公式（1）计算：

(1)

利用不同温度下测得的数据进行拟合，求出20℃下的电阻。电阻值为左右两个电压夹头间的电阻值R，测量两个电压夹头间导体试品8的长度，记录为L₁电阻率ρ与电阻的关系为：

(2)

将式（1）代入式（2），即可得到20℃下的电阻率值ρ。

同样根据拟合的曲线可以得到电阻R相对于温度T的变化线性斜率K:

(3)

电阻率温度变化系数α则可以用斜率K计算出来：

(4)

式（4）中为温度升高1℃电阻的变化量，即电阻率温度系数。

例如：测得长度L₀为3116mm的试品A质量G为601.39g，密度γ为2.7029g/cm³。代入试(1)得试品截面积S为71.4mm²。

设定两个电压夹头间的距离L₁为1000mm，将空调分别设定在21.5℃、23.5℃、28℃连续测量电阻值，得到拟合曲线y=0.001x+0.362，图2，即K＝0.001mΩ/℃。当x=20时，y=0.382,即R＝0.382mΩ。代入式（2）得到试品A20℃时的电阻率ρ为27.3nΩ·m。

将K＝0.001mΩ/℃，R＝0.382mΩ代入式（4），得到试品A的电阻率温度系数α为2.618×10^-3/℃（2618ppm℃^-1）。

本发明利用空调变温，电阻随温度线性变化的原理。采用实时测量温度和电阻，实现了普通实验室也可测20℃下的电阻率及电阻率温度系数。提高了测量效率，节省外委费用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种变温下测量导体常温电阻率及电阻温度系数的方法，其特征在于：利用室内的空调装置进行室内变温，将待测的导体试品安装在标准的电桥试验台上，在所述的标准的电桥试验台上加装温度传感器，温度传感器的探头与所述导体试品紧密接触，同时将微欧计测量信号和温度传感器的信号引入计算机采集卡中，利用计算机同时连续记录电阻值和温度变化，测出导体试品的截面积S；

利用不同温度下测得的数据进行拟合，计算出20℃下导体试品的电阻R，R为左右两个电压夹头间的电阻值，测量两个电压夹头间导体试品的长度，记录为L₁，电阻率ρ与电阻R的关系为：

(2)；

同样根据拟合的曲线可以得到电阻R相对于温度T的变化线性斜率K:

(3)；

电阻率温度变化系数α则可以用斜率K计算出来：

(4)。

2.根据权利要求1所述的一种变温下测量导体常温电阻率及电阻温度系数的方法，其特征在于：所述导体试品的截面积S的计算方法为：用精确天平称重试品并记录导体试品的质量G，测量导体试品的长度，记录为L₀，用称重法测量试品的密度，记录为γ；

则试品的截面积S利用公式（1）计算：

(1)。

3.根据权利要求1所述的一种变温下测量导体常温电阻率及电阻温度系数的方法，其特征在于：在标准的电桥试验台上加装左右两个电子温度传感器对导体试品的温度进行测量，两个温度传感器测得的温度值取平均值作为导体试品的温度值。