一種變溫下測量導(dǎo)體常溫電阻率及電阻溫度系數(shù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種變溫下測量導(dǎo)體常溫電阻率及電阻溫度系數(shù)的方法，在標準的電橋試驗臺上加裝兩點電子測溫探頭，同時將微歐計測量信號和電子測溫探頭信號引入計算機采集卡中，利用計算機同時連續(xù)記錄電阻值和溫度變化。利用室內(nèi)的空調(diào)裝置進行室內(nèi)變溫。利用記錄的不同溫度下的電阻值和用密度法測量的截面面積計算出電阻率。同樣根據(jù)擬合的曲線可以得到電阻R相對于溫度T的變化線性斜率K，電阻率溫度變化系數(shù)α則可以用斜率K計算出來。本發(fā)明采用了通用測量電橋結(jié)合電子溫度探頭、空調(diào)變溫相結(jié)合的方式，解決了普通實驗室測量導(dǎo)體電阻率和溫度系數(shù)的難題。采用本發(fā)明，與標準的測量方法相比，測量程序簡單、效率高。
【專利說明】
一種變溫下測量導(dǎo)體常溫電阻率及電阻溫度系數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種變溫下測量導(dǎo)體常溫電阻率及電阻溫度系數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)體的電阻率通常用電橋法進行測量，標準常溫電阻率為20°C下的電阻率。標準 測量方法需要在恒溫室的恒溫槽中進行，不適合普通試驗室測量。通常在普通實驗室測量 某溫度下的電阻，然后用資料上介紹的電阻率溫度系數(shù)進行換算，得出20°C下的電阻。實際 上，導(dǎo)體化學(xué)成分不完全一樣，熱處理狀態(tài)也不完全一樣，其電阻率溫度系數(shù)也有不同。用 單一的電阻率溫度系數(shù)換算是不正確的。為此本發(fā)明采用變溫法測量解決了普通實驗室中 測量常溫電阻率和電阻率溫度系數(shù)的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種變溫下測量導(dǎo)體常溫電阻率及電阻溫度 系數(shù)的方法，其中，所述導(dǎo)體為粗細均勻的柱狀體。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是： 一種變溫下測量導(dǎo)體常溫電阻率及電阻溫度系數(shù)的方法，利用室內(nèi)的空調(diào)裝置進行室 內(nèi)變溫，將待測的導(dǎo)體試品安裝在標準的電橋試驗臺上，在所述的標準的電橋試驗臺上加 裝溫度傳感器，溫度傳感器的探頭與所述導(dǎo)體試品緊密接觸，同時將微歐計測量信號和溫 度傳感器的信號引入計算機采集卡中，利用計算機同時連續(xù)記錄電阻值和溫度變化，測出 導(dǎo)體試品的截面積S; 利用不同溫度下測得的數(shù)據(jù)進行擬合，計算出20°C下導(dǎo)體試品的電阻R，R為左右兩個 電壓夾頭間的電阻值，測量兩個電壓夾頭間導(dǎo)體試品的長度，記錄為1^，電阻率P與電阻R的 關(guān)系為：
同樣根據(jù)擬合的曲線可以得到電阻R相對于溫度T的變化線性斜率K:
電阻率溫度變化系數(shù)α(即所述的電阻溫度系數(shù))則可以用斜率K計算出來：
[0005] 進一步的，所述導(dǎo)體試品的截面積S的計算方法為:用精確天平稱重試品并記錄導(dǎo) 體試品的質(zhì)量G，測量導(dǎo)體試品的長度，記錄為L〇，用稱重法測量試品的密度，記錄為γ ; 則試品的截面積S利用公式(1)計算：
[0006] 進一步的，在標準的電橋試驗臺上加裝左右兩個電子溫度傳感器對導(dǎo)體試品的溫 度T進行測量，兩個溫度傳感器測得的溫度值取平均值作為導(dǎo)體試品的溫度值T。
[0007] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于： 本發(fā)明采用了通用測量電橋結(jié)合電子溫度探頭、空調(diào)變溫相結(jié)合的方式，解決了普通 實驗室測量導(dǎo)體常溫電阻率和溫度系數(shù)的難題。
[0008] 采用本發(fā)明，與標準的測量方法相比，測量程序簡單、效率高。
【附圖說明】
[0009] 為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體 實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的 附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前 提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0010] 圖1是本發(fā)明所采用的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖2是本發(fā)明所采集數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)擬合形成的圖表。其中，橫軸為試品溫度（°C)， 縱軸為試品每米電阻值(毫歐）。
[0012] 其中：1電橋測量支臺、2電橋左電流夾頭、3電橋左電壓夾頭、4左溫度傳感器、5右 溫度傳感器、6電橋右電壓夾頭、7電橋右電流夾頭、8導(dǎo)體試品、9微歐計、10帶采集卡的計算 機。
【具體實施方式】
[0013] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實施例對發(fā) 明進行清楚、完整的描述。
[0014] 本發(fā)明所采用的裝置是在標準的電橋試驗臺上加裝兩點電子測溫探頭(溫度傳感 器），同時將微歐計測量信號和電子測溫探頭信號引入計算機采集卡中，利用計算機同時連 續(xù)記錄電阻值和溫度值。利用室內(nèi)的空調(diào)裝置進行室內(nèi)變溫。利用記錄的不同溫度下的電 阻值和用密度法測量的導(dǎo)體的截面面積計算出電阻率。
[0015] 如圖1所示，上述裝置包括電橋組件、左溫度傳感器4、右溫度傳感器5以及帶采集 卡的計算機1 〇，所述左溫度傳感器4和右溫度傳感器5的輸出端與帶采集卡的計算機10的采 集卡的輸入端連接，所述電橋組件包括微歐計9、電橋測量支臺1、電橋左電流夾頭2、電橋右 電流夾頭7、電橋左電壓夾頭3和電橋右電壓夾頭6,所述電橋左電流夾頭2、電橋右電流夾頭 7、電橋左電壓夾頭3和電橋右電壓夾頭6與所述微歐計9連接。
[0016] 導(dǎo)體試品8通過上述的電橋左電流夾頭2、電橋右電流夾頭7、電橋左電壓夾頭3和 電橋右電壓夾頭6固定在電橋測量支臺1上，所述的左溫度傳感器4和右溫度傳感器5設(shè)置在 所述電橋左電壓夾頭3和電橋右電壓夾頭6之間，右溫度傳感器5的測溫探頭與被測導(dǎo)體試 品8緊密接觸。
[0017] 考慮到導(dǎo)體試品8溫度的不均勻性，采用左右兩個電子溫度傳感器進行測量，溫度 傳感器位置放于電橋左電壓夾頭3和電橋右電壓夾頭6間距的四分之一處，即左溫度傳感器 4位于電橋左電壓夾頭3和電橋右電壓夾頭6間距的左起四分之一處，右溫度傳感器5位于電 橋左電壓夾頭3和電橋右電壓夾頭6間距的右起四分之一處。兩個溫度傳感器探頭測得的溫 度值取平均值作為導(dǎo)體的溫度值。
[0018] 所述左溫度傳感器4和右溫度傳感器5將信號傳給帶采集卡的計算機10。所述的帶 采集卡的計算機10通過采集卡接收來自電橋組件中微歐計9的信息。通過編程可以用帶采 集卡的計算機10控制采集頻率，記錄時間、溫度、電阻值。根據(jù)帶采集卡的計算機10所記錄 的時間、溫度和電阻值信息，通過數(shù)據(jù)處理可求出不同溫度下電阻值。
[0019] 所述的數(shù)據(jù)處理方法是采用最小二乘擬合法，確定導(dǎo)體試品溫度與電阻間的線性 關(guān)系，從而求出溫度在20 °C時電阻值。
[0020] 本發(fā)明的工作原理如下： 空調(diào)變溫控制室溫內(nèi)溫度變化，室內(nèi)的導(dǎo)體試品8也會發(fā)生溫度變化。由于電子溫度傳 感器與導(dǎo)體試品8緊密接觸，兩個溫度傳感器探頭測得的溫度值取平均值作為導(dǎo)體的溫度 值。
[0021] 為了減小溫度波動，采用空調(diào)臺階式調(diào)三個溫度，如18°(：、21°(：、24°(：?？照{(diào)在每個 設(shè)定的溫度附近波動，這樣可以得到三個測量區(qū)域，將記錄的數(shù)據(jù)用excell數(shù)據(jù)表格記錄 并進行數(shù)據(jù)擬合，用圖表顯示出來，見圖2。數(shù)萬個測量值擬合出來的線性曲線是可靠的，利 用該線性曲線可以得到20°C的電阻值。測試過程中至少采集200組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)越多，擬合出 來的線性曲線越可靠。
[0022] 由于導(dǎo)體直徑的不均勻性，不能用某一點的直徑測量結(jié)果計算電阻率，本發(fā)明中 采用的是先對導(dǎo)體試品8稱重，測量長度，然后精確測量導(dǎo)體試品的密度，這樣很容易計算 出導(dǎo)體試品的截面積，根據(jù)電阻率公式可輕易計算出電阻率的值。同樣根據(jù)擬合出的線性 關(guān)系的斜率可以輕松計算出電阻率溫度系數(shù)。
[0023]本發(fā)明的具體計算方法如下： 用精確天平稱重導(dǎo)體試品并記錄導(dǎo)體試品8的質(zhì)量G，測量導(dǎo)體試品8的總長度，記錄為 Lo,用稱重法測量試品的密度，記錄為γ。則試品的截面積S利用公式（1)計算：
利用不同溫度下測得的數(shù)據(jù)進行擬合，求出20°C下的電阻。電阻值為左右兩個電壓夾 頭間的電阻值R，測量兩個電壓夾頭間導(dǎo)體試品8的長度，記錄為U電阻率P與電阻的關(guān)系 為：
將式(1)代入式(2 )，即可得到20 °C下的電阻率值P。
[0024]同樣根據(jù)擬合的曲線可以得到電阻R相對于溫度T的變化線性斜率K:
電阻率溫度變化系數(shù)α則可以用斜率K計算出來：
式(4)中為溫度升高1°C電阻的變化量，即電阻率溫度系數(shù)。
[0025] 例如:測得長度Lo為3116mm的試品A質(zhì)量G為601.39g，密度γ為2.7029g/cm3。代入 試(1)得試品截面積S為71.4mm2。
[0026] 設(shè)定兩個電壓夾頭間的距離USiOOOmm，將空調(diào)分別設(shè)定在21.5°C、23.5°C、28°C 連續(xù)測量電阻值，得到擬合曲線y=〇.〇〇lx+〇.362,圖2,即K = 0.001mQ/°C。當(dāng)x=20時，y= 〇.382,8陽=〇.38211^。代入式(2)得到試品厶2〇°(：時的電阻率0為27.31^·!!!。
[0027] 將1( = 0.00111^/°(：，1? = 0.38211^代入式（4)，得到試品八的電阻率溫度系數(shù)€[為 2.618X10_3/0C(2618ppm0C_1)0
[0028] 本發(fā)明利用空調(diào)變溫，電阻隨溫度線性變化的原理。采用實時測量溫度和電阻，實 現(xiàn)了普通實驗室也可測20°C下的電阻率及電阻率溫度系數(shù)。提高了測量效率，節(jié)省外委費 用。
[0029]最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管 參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可 以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換;而 這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范 圍。
【主權(quán)項】
1. 一種變溫下測量導(dǎo)體常溫電阻率及電阻溫度系數(shù)的方法，其特征在于：利用室內(nèi)的 空調(diào)裝置進行室內(nèi)變溫，將待測的導(dǎo)體試品安裝在標準的電橋試驗臺上，在所述的標準的 電橋試驗臺上加裝溫度傳感器，溫度傳感器的探頭與所述導(dǎo)體試品緊密接觸，同時將微歐 計測量信號和溫度傳感器的信號引入計算機采集卡中，利用計算機同時連續(xù)記錄電阻值和 溫度變化，測出導(dǎo)體試品的截面積S; 利用不同溫度下測得的數(shù)據(jù)進行擬合，計算出20°c下導(dǎo)體試品的電阻R，R為左右兩個 電壓夾頭間的電阻值，測量兩個電壓夾頭間導(dǎo)體試品的長度，記錄為^，電阻率P與電阻R的 關(guān)系為：(2)； 同樣根據(jù)擬合的曲線可W得到電阻R相對于溫度T的變化線性斜率K:(3); 電阻率溫度變化系數(shù)α則可W用斜率K計算出來：(4)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變溫下測量導(dǎo)體常溫電阻率及電阻溫度系數(shù)的方法，其 特征在于:所述導(dǎo)體試品的截面積S的計算方法為：用精確天平稱重試品并記錄導(dǎo)體試品的 質(zhì)量G，測量導(dǎo)體試品的長度，記錄為Lo，用稱重法測量試品的密度，記錄為丫； 則試品的截面積S利用公式(1)計算：(1)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變溫下測量導(dǎo)體常溫電阻率及電阻溫度系數(shù)的方法，其 特征在于:在標準的電橋試驗臺上加裝左右兩個電子溫度傳感器對導(dǎo)體試品的溫度進行測 量，兩個溫度傳感器測得的溫度值取平均值作為導(dǎo)體試品的溫度值。
【文檔編號】G01R27/02GK106093575SQ201610381465
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】馮硯廳, 關(guān)巍, 徐雪霞, 王慶, 王勇, 陳二松
【申請人】國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗所