测量金属材料电阻温度特征参数的方法

1.测量原理

测量原理是用电阻测量仪器检测作为温度函数的导电材料电阻的阻值，方法包括单、双臂电桥法、补偿法、数字欧姆计及其他等效的电阻测量装置法。

2.试样的制备

（1）取样　从被测材料的每一根连续长度中制取一个试样。

（2）试样的尺寸与形状 试样的尺寸应满足实现电阻精密测量的需求。对于有绝缘层的丝状精密电阻合金试样，应绕成直径不小于50mm的空心圈；对于片状精密电阻合金试样，如果试样阻值不小于0.01Ω，可将试样制成U形。对于没有绝缘层的丝状试样，应将其绕在一个绝缘骨架上，注意不应因此在温度改变时，使试样发生附加形变。在缠绕过程中所用的张力不应太大，只要能保证将绝缘线绕成平滑的圈，或可保证使绕在绝缘骨架上的裸线线圈间彼此不致相互接触即可。对于由高电阻率合金制成的细丝，可使用直丝状试样；在制样过程中应避免产生应变。

（3）试样的连接　对于可以忽略引线电阻的高电阻试样，可用钎焊、熔焊或夹持的方法将铜导线与试样连接；这个铜接线端的电阻值应小于试样电阻的0.02%。如果试样电阻小于10Ω，应以电流端与电位端分开的办法测量电阻。此时借助铜焊、软钎焊或熔焊的方法将两条铜线与试样每端的两个端头连接。设定端头位置时，应注意保证测得的电位差不包括连结处附近的电压降。对于片（带）材试样，其每个电流端的内侧与相邻电位端的距离应不小于试样宽度的两倍，端头应位于试样宽度的中部，可在图6-7所示的由试样切出的耳子上用焊接的方法制成端头。对于电热合金丝材试样，试样每端以焊接法连接的电位引线与相邻电流引线的距离应不小于由两电位端所确定的、试样长度的1/10。切出的耳子的一般长度为12.7mm，宽度为3.2mm；耳子切成后，应清除切口处的碎屑。在冲切之前，在耳子与试样的连接处用锐利的钻头在试样上钻两个小孔。

图6-7 片材试样连接示意图

由细金属丝制成的线圈本身通常没有足够的刚性来支撑接线端，可用一段细玻璃杆或陶瓷杆穿入线圈，以作为线圈的支撑并固定试样连接端。当以惠斯顿电桥检测电热合金试样的电阻值时，要求所用引线由与试样同质的材料制成，其电阻值应不超过试样电阻值的1%。为避免因炉内、外温差造成的试样温度损失，无论采用何种电阻值测量方法，所用引线在炉子加热区内的长度均应不小于加热区最小横向尺寸的50倍。

（4）试样的预处理　为得到稳定的电阻值，加工后的电阻合金试样须经稳定化处理；对于锰铜合金，机械加工之后应在（140±5）℃下连续保温48h，然后冷到室温。预处理后，将试样浸入硝酸溶液（质量分数为50%）蚀去铜膜，再在流动的水中彻底擦洗。

3.试验用电流

1）不要为使试样电阻或测量装置的示值产生可观的变化而选取过大的工作电流，以避免热效应的影响。

2）对于丝状精密电阻合金试样，为确定合适的工作电流，将试样浸入其电阻值对温度变化相对敏感的液体槽内，保持选定的工作电流不变，直到试样的电阻值成为一常数；然后将此电流值增加40%并使其保持不变，直到试样电阻值再次成为一个常数；若上述两个电阻值的变化大于0.01%，则表明所选工作电流太大，应使其减小，直到经上述检验后电阻值的变化达到要求为止。

3）对于片（带）状精密电阻合金试样，要求应能保证使其裸表面上的功率损失不超过0.003W/cm²。工作电流的确定方法与丝状试样相同，但限定前、后两个电阻值的变化不得大于0.001%。

4）对于电热合金试样，采用上述试验检查方法时，电阻值变化的限定值为0.1%；对于镍-铬合金试样，应在400℃下进行试验。

5）可用计算法确定电热合金材料试验用电流：若流经试样的电流在试样的有效自由表面上的功率损失小于0.01W/cm²，则试验用电流大小对电阻测量的影响可以忽略。对于直条状试样以及相邻各圈间的距离大于试样截面最大横向尺寸5倍的圈绕或弯曲的试样，“自由表面”指的是试样两个电位端之间的表面面积。如果为了将试样置于炉中，而将试样绕成了相邻圈间的距离小于试样截面最大横向尺寸5倍的螺线、螺旋，或经前后弯折形成的折线状的拐折间距也具有上述特征时，“自由表面”指的是由绕、折试样形成的圆筒状或棱柱状的外轮廓表面。按下式完成测量电流功率损失的计算：

式中 W——功率损失，单位为W；

I——测量电流，单位为A；

R_m——最高试验温度下的电阻值，单位为Ω。

4.精密电阻合金电阻温度常数和平均电阻温度系数的检测

1）将试样接到测量电路中，完全浸入恒温槽里；为检验试样电阻值的稳定性，先在基准温度（如20℃或25℃）下测量其初始值。将该恒温槽稍升温或将试样转移到另一个在所需的最高温度下进行保温的恒温槽中，待试样电阻值恒定后记下电阻测量仪读数和恒温槽的温度。

2）借助冷却或转移恒温槽，使试样的温度下降到所需的下一个较低的温度，待试样电阻值恒定后，再次记录电阻值和温度。

3）依此类推，在要求的温度范围内，在降温过程中，进行一系列电阻随温度变化的测定；所取测温间隔应约为整个温度范围的10%。

4）选取的温度测量点应有足够的数量；为得出电阻-温度关系式，应在3个温度下进行测量；如果试验未连续进行，则至少需要5个温度下的观测数据。

5）连续测量过程中应经常注意电阻测量仪的温度。

5.电热合金平均电阻温度系数的检测

将试样装入炉中，使炉温升至指定的最高温度，此后保温直至试样电阻值恒定为止。这里说的“恒定”不包括因氧化导致的电阻值变化。此后，以步进式降温程序将炉温降至室温，其步长应不大于100℃。在此过程中，应在每一“步”上对已稳定的温度和电阻值进行测量，记录每次读数的时间。要求每次读取的电阻值至少是由试验电流正、反向测得的一对电阻值的平均值。这种正反向测量可以有效地消除热电势的影响。(www.xing528.com)

6.电阻温度常数的计算

1）电阻温度常数α、β及基准温度下的电阻值R₀由在3个有足够间隔的温度点上测得的R_T值确定；可将3组R_T及T值代入下式得到3个方程式，解此联立方程即可得到R₀、α和β值。

R_T=R₀[1+α（T-T₀）+β（T-T₀）2] （6-21）

式中 R_T——温度T下的电阻值，单位为Ω；

R₀——基准温度T₀下的电阻值，单位为Ω；

T——试验测量温度，单位为℃；

T₀——基准温度，单位为℃；

α——一次电阻温度常数，单位为℃^-1；

β——二次电阻温度常数，单位为℃^-2。

2）为简化计算，可从绘出的电阻和温度的关系曲线上直接读取R₀值，然后在曲线上选取两个附加点，其中的T₁应至少比基准温度T₀低5℃，第二个温度T₂应接近检测的最高温度，按下式计算电阻温度常数：

式中 α——一次电阻温度常数，单位为℃^-1；

β——二次电阻温度常数，单位为℃^-2；

R₀——基准温度T₀下的电阻值，单位为Ω；

R₁——温度T₁时的电阻值，单位为Ω；

R₂——温度T₂时的电阻值，单位为Ω；

K——计算系数；

ΔT——温度变化量，单位为℃，按下式计算：K（T₀-T₁）=T₂-T₀=KΔT

例如：若取T₁比基准温度低10℃，为简化计算，T₂的取值应依次比基准温度高10℃、20℃或30℃，此时则分别有K=1、2或3。为计算方便，K通常取整数。如K=1，则可简化为：

7.峰值温度或极限温度的计算

呈抛物线关系的电阻温度曲线的极大值（峰值）或极小值处对应的温度可按下式计算：

式中 T_m——峰值温度或极限温度，单位为℃；

T₀——基准温度，单位为℃；

α——^一次电阻温度常数，单位为℃^-1；

β——二次电阻温度常数，单位为℃^-2。