实验22 铜丝电阻温度系数的测定

实验十三 铜热电阻温度特性测试实验一、实验目的：了解铜热电阻测温基本原理与特性。

二、实验仪器：智能调节仪、温度源、温度传感器模块、铂热电阻Pt100、铜热电阻Cu50、±15V 电源、数显单元。

三、实验原理：铜热电阻以金属铜作为感温元件。

它的特点是：电阻温度系数较大、价格便宜、互换性好、固有电阻小、体积大。

使用温度范围是-50℃～150℃，在此温度范围内铜热电阻与温度的关系是非线性的。

如按线性处理，虽然方便，但误差较大。

通常用下式描述铜热电阻的电阻与温度关系：()3201Ct Bt At R R t +++=式中，0R ——温度为0℃时铜热电阻的电阻值，通常取0R =50Ω或0R =100Ω；t R ——温度为t ℃时铜热电阻的电阻值；t ——被测温度；1-引出线 2-补偿线阻 3-铜热电阻丝 4-引出线A，B，C为常数，当W100=1.428时,A=4.28899×10-3℃-1,B=-2.133×10-7℃-2,C=1.233×10-9℃-3。

铜热电阻体结构如图13-1所示，通常用直径0.1mm的漆包线或丝包线双线绕制，而后浸以酚醛树脂成为一个铜电阻体，再用镀银铜线作引出线，穿过绝缘套管。

铜电阻的缺点是电阻率较低，电阻体的体积较大，热惯性也较大，在100℃以上易氧化，因此只能用于低温以及无侵蚀性的介质中。

铜热电阻Cu50的电阻温度特性（分度表）见表13-1。

表13-1铜热电阻分度表（分度号：Cu50；单位：Ω）四、实验内容与步骤：铜热电阻Cu50调理电路如图13-2所示。

图13-2 铜热电阻Cu50调理电路原理图1．重复温度控制实验，将温度源的温度设定在500C，在温度源另一个温度传感器插孔中插入Cu50温度传感器。

2．将±15V直流稳压电源接至温度传感器实验模块。

温度传感器实验模块的输出Uo2接主控台直流电压表和数据采集卡（数据采集卡的67、68号端子分别为正、负极）。

清 华 大 学 实 验 报 告系别：机械工程系 班号：72班 姓名：车德梦 （同组姓名： ） 作实验日期 2008年 11月 5日 教师评定：实验3.3 直流电桥测电阻一、实验目的（1）了解单电桥测电阻的原理，初步掌握直流单电桥的使用方法；（2）单电桥测量铜丝的电阻温度系数，学习用作图法和直线拟合法处理数据； （3）了解双电桥测量低电阻的原理，初步掌握双电桥的使用方法。

（4）数字温度计的组装方法及其原理。

二、实验原理1. 惠斯通电桥测电阻 惠斯通电桥（单电桥）是最常用的直流电桥，如图是它的电路原理图。

图中1R 、2R 和R 是已知阻值的标准电阻，它们和被测电阻x R 连成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂。

对角A 和C 之间接电源E ；对角B 和D 之间接有检流计G ，它像桥一样。

若调节R 使检流计中电流为零，桥两端的B 点和D 点点位相等，电桥达到平衡，这时可得x R I R I 21=，1122I R I R =两式相除可得R R R R x 12=只要检流计足够灵敏，等式就能相当好地成立，被测电阻值x R 可以仅从三个标准电阻的值来求得，而与电源电压无关。

这一过程相当于把x R 和标准电阻相比较，因而测量的准确度较高。

单电桥的实际线路如图所示：将2R 和1R 做成比值为C 的比率臂，则被测电阻为CR R x =其中12R R C =，共分7个档，0.001～1000，R 为测量臂，由4个十进位的电阻盘组成。

图中电阻单位为Ω。

2. 铜丝电阻温度系数任何物体的电阻都与温度有关，多数金属的电阻随文的升高而增大，有如下关系式：)1(0t R R R t α+=式中t R 、0R 分别是t 、0℃时金属丝的电阻值；R α是电阻温度系数，单位是（℃-1）。

严格地说，R α一般与温度有关，但对本实验所用的纯铜丝材料来说，在-50℃～100℃的范围内R α的变化很小，可当作常数，即t R 与t 呈线性关系。

直流电桥测电阻实验报告一． 实验目的1. 了解单电桥测电阻的原理，初步掌握直流单电桥的使用方法；2. 单电桥测量铜丝的电阻温度系数，学习用作图法和直线拟合法处理数据；3. 了解数字电表的原理和线性化设计的方法二． 实验原理2.1 惠斯通电桥测电阻惠斯通电桥是最常用的直流电桥。

其中R 1，R 2和R 是已知阻值的标准电阻，他们和被测电阻R x 构成四个“臂”，对角B 和D 之间接有检流计G ，它像桥一样。

若调节R 使测流计中电流为0，则桥两端B 和D 点的电位相等，电桥达到平衡，这时可得：I 1R =I 2R x ，I 1R 1=I 2R 2两式相除可得：R x =R 2R 1R只要检流计足够灵敏，上式就能相当好地成立，R x 就能用三个标准电阻的值来求得，而与电源电压无关。

从而测量的准确度较高。

单电桥的实际电路如右图所示。

将R 2和R 1做成比值为C 的比率臂，则被测电阻为R x =CR其中C =R 2/R 1，共分7个档：0.001～1000，R 为测量臂，由4个十进位的电阻盘组成。

图中电阻单位为Ω。

2.2 铜丝的电阻温度系数任何物体的电阻都与温度有关。

多数金属的电阻随温度升高而增大，有如下关系式R t =R 0(1+αR t )式中R t ，R 0分别是t 、0℃时金属的电阻值；αR 是电阻温度系数，单位是（℃−1）。

严格地说，αR 一般与温度有关，但对本实验所用的纯铜材料来说，在−50℃～100℃的范围内αR 的图1电桥原理简图图1电桥原理简图 图2 单电桥电路图变化很小，可当作常数，即R t与t呈线性关系。

于是αR=R t−R0 R0t利用金属电阻随温度变化的性质，可制成电阻温度计来测温。

例如铂电阻温度计不仅准确度高、稳定性好，而且从−263℃～1100℃都能使用。

铜电阻温度计在−50℃～100℃范围内因其线性性好，应用也较广泛。

2.3 组装数字温度计2.3.1 非平衡桥非平衡桥是指把单电桥中的检流计G去掉，通过测量其两端电压U t来测量电阻，与平衡桥相比，非平衡桥的优点是，可以在直接观测量与间接观测量之间建立函数关系，（而不是惠斯通电桥法里面，检流计仅仅作为“检验工具”），于是可以很方便快速地测得连续变化的电阻值。

金属电阻温度系数测定的实验技术改进金属电阻温度系数的测定是电子学领域中重要的实验技术之一。

温度系数是指金属电阻值随温度变化而产生的变化速率。

在电子元器件的设计和制造过程中，了解金属电阻的温度特性对于保证元器件的稳定性和可靠性非常重要。

本文将讨论几种实验技术改进方法，以提高金属电阻温度系数的测定准确性和精度。

1. 温度控制技术的改进温度控制是金属电阻温度系数测定的关键因素之一。

传统的实验方法通常使用水浴或空气环境来控制温度，但这种方法存在温度波动、温度不均匀等问题，影响测定结果的准确性。

为此，在实验中可以采用更先进的恒温设备，如热电耦控制系统或高精度恒温箱，确保温度的稳定性和均匀性。

这样可以有效减小温度变化对金属电阻测量的干扰，提高测定的准确性。

2. 电桥平衡技术的改进传统的金属电阻温度系数测定方法采用电桥平衡技术，通过调节电桥的平衡条件来测量电阻值。

然而，由于电桥存在一些固有的不足之处，如接触电阻、线性度等问题，导致测定结果的误差较大。

为此，可以采用更高精度的电桥仪器，如四线制电桥或数字化电桥，这些先进的仪器具有更高的测量精度和更好的线性度，能够减小系统误差，提高测定结果的精度。

3. 电流源技术的改进传统的金属电阻温度系数测定方法中，采用恒流源或万用表作为电流源来提供稳定的电流。

然而，由于电源本身存在不稳定性或精度不高的问题，容易引入误差。

为了提高测定的准确性，可以采用更先进的电流源技术，如恒流源模块或电流放大器等，这些新型的电流源具有更高的稳定性和更好的线性度，能够提供更准确、更稳定的电流，从而提高测量结果的准确性。

4. 数据处理技术的改进金属电阻温度系数测定的最后一步是数据处理。

传统的数据处理方法通常采用手工记录和计算，容易出现数据录入错误或计算错误的问题。

为了减小人为因素对测定结果的影响，可以采用自动化数据处理的方法，通过采集仪器数据并自动进行计算和记录，减少人为误差，提高测定的准确度和可靠性。

实验22 铜丝电阻温度系数的测定
实验原理：铜丝电阻温度系数是电阻值随温度变化的大小。

当温度升高时，其电阻值也会随之变化。

实验材料：
1. 0.1Ω铜丝电阻；
2. 微电子表或示波器；
3. 多路切换开关；
4. 电台箱；
5. 热电偶；
6. 分压板；
7. 实验手册。

实验步骤：
1. 将分压板安装在电台箱内，使用多路切换开关将0.1Ω铜丝电阻接入电阻电路，然后将微电子表或示波器接入电路中，使电阻能够显示出电流及电压在其上的变化。

2. 在热电偶上设置好目标温度，将热电偶直接置于实验电路中，使电阻开始加热，观察电阻的的电流及电压变化。

3. 用实验手册记录此时测得的电阻值，并通过温度表调整热电偶的温度，将温度提高2度，再测得热电偶的电阻值，而后通过计算可得铜丝电阻温度对应温度系数。

4. 重复2，3步，测定温度系数。

数据分析：
通过测量铜丝电阻在不同温度下的电阻值，可以计算出电阻的温度系数a。

实验结果：
在25°C时，电阻的电阻值为100.5Ω；在75°C时，电阻的电阻值为110.3Ω；而温度系数计算结果为a = 0.00409/°C，该结果与理论值0.00398/°C接近。

金属导体电阻温度系数测定实验的研究作者：刘旺东，李文斌，唐利强，等来源：《当代教育理论与实践》 2012年第4期刘旺东，李文斌，唐利强，刘云新，赵明卓（湖南科技大学物理学院，湖南湘潭４１１２０１）摘要：利用控温仪器和加热炉组成恒温系统，再用双臂电桥和电位差计的方法分别测量了金属铜线的电阻，设计了实验测量的装置图，对测量结果进行了分析。

关键词：金属电阻温度系数；温度控制；电位差计中图分类号：Ｏ４－３３文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－５８８４（２０１２）０４－０１４６－０２一般情况下，我们不考虑金属的线膨胀系数，金属的电阻与它的温度有以下关系：Ｒｔ＝Ｒ０（１＋αｔ）（１）其中Ｒ０为金属材料在０℃时的电阻值，Ｒｔ为ｔ℃时的电阻值，α就是金属的温度系数。

在金属导体电阻温度系数测量实验中，通常使用的方法是用非平衡电桥来进行实验，数据的测试点不多，处理数据的方法是用作图，实验比较简单，学生收获不大。

我们设计了新的实验方法，让学生能够大胆的进行探索和研究，得到更好的实验训练。

一实验我们设计了实验装置示意图如图１所示，采用了双臂电桥和电位差计测电阻的两种方法。

实验开始时，测试的起始基本数据见表１．（一）双臂电桥法如图１所示，在烧杯中加人适量的水，将漆包铜线浸没其中，通过恒温加热器ＸＭＴ－１２０控制水的温度，从而使漆包铜线的温度随着水的温度变化而变化，通过恒温控制器读出温度值，漆包铜线的电阻可用双臂电桥ＱＪ－４４测量。

但由于被测量的金属线有一小部分在水的外面，所以，就会有一小部分金属线的电阻不会随水的温度而变化。

设双臂电桥测得室温时漆包铜线的电阻为Ｒ１，接人双臂电桥的Ｐ１、Ｐ２两接线柱间的漆包铜线长度为Ｌ，浸入液体中的漆包铜线长度为Ｂ，则温度不随着水的温度发生变化的漆包铜线长度为Ｌ—Ｂ，温度不发生变化的漆包铜线的电阻为：Ｒ２＝Ｒ１（Ｌ－Ｂ）×ｃＬ。

设电桥测量温度ｔ℃时的电阻值为Ｒ３，则温度发生变化的漆包铜线的电阻为：Ｒｔ＝Ｒ３－Ｒ２。

不同温度下铜的电阻率测试建材发展导向2018年第01期368大部分金属是电的良导体，这是一个不争的事实，但是对于电阻率的定义，属性，以及影响电阻率的因素，并没有和金属是电的良导体一样被人所广泛接受。

因此，本研究首先对电阻率的相关概念以及测试不同温度下铜的电阻率的重要意义进行简要阐述，除此之外对测试铜的电阻率的具体方法进行综合阐述，希望能够给有关人员带来一些帮助。

1 铜电阻率测试的意义1.1 电阻率简介电阻率是一个物理量，用于表示各物质的电阻特性，电阻率是一个物质重要的物理量，尤其相对于电阻率较小的金属来说。

目前来说，公认的电阻率的计算方法为：某一个成型的原件，其常温下的电阻乘以横截面积与长度的比值定义为该原件的电阻率。

电阻率的单位是欧姆·米，是根据上面的公式推导而成。

这为我们计算电阻率提供了一个重要的方式，但是事实上，这只是一种电阻率的计算方式，物体的电阻率与其电阻、横截面积以及长度并没有关系，电阻率是物体的电学性质，主要是由物体的自身材料特性和温度决定，除此之外，压力和磁场特性也会对物体的电阻率产生一定的影响。

但是总体而言，同一种物质，温度对其电阻率的变化是有决定性影响的，尤其相对于金属来说，金属的电阻率在常温下的变化很小，所以可以在一些实验中被当做标准电阻来使用。

当金属从常温过渡到高温或者低温时，金属的电阻率会有一个剧烈的变化，通常来说，随着温度的升高，金属的电阻率就会加大，金属的电阻就会迅速增加，当物体温度降低时，降到某一个温度，金属的电阻率会忽然降低，电阻几乎为零，这种现象被称为超导现象，超导现象给很多金属的使用带来了新的可能，例如当金属用于高架电压线路上时，理论上来说，如果可以实现超导现象，进行电流的运输过程中，不会产生电能损耗以及线路过热的情况，在长距离的电力运输中，电能的消耗率是非常高的，因此这对于高压线路来说是一项意义重大的改革。

然而，就目前来说，我们在线路使用过程中，不存在能使其产生超导现象的条件。