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铂电阻热迟滞性试验设计及试验结论

2020/1/10 2:01:50 人评论 次浏览 分类:计量检定 文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/2870.html

按照IEC 60751:2008标准进行铂电阻热迟滞性试验设计及试验,通过对薄膜铂电阻和铂丝型铂电阻热迟滞性试验,结果表明:薄膜铂电阻热迟滞性远大于铂丝型铂电阻热迟滞性,并且随着测量次数的增多,铂电阻热迟滞性会逐渐减小。

IEC 60751:2008文件这样定义铂电阻热迟滞性:将铂电阻置于上限温度后测量其在温度范围中间点的电阻值,然后将其置于下限温度后再测量其在同样的中间温度点时的电阻值,两次测得的中间温度点的电阻差即为铂电阻热迟滞性。

铂电阻
生产工业铂电阻所使用的铂电阻元件主要有薄膜铂电阻和铂丝型铂电阻两个大类。


薄膜铂电阻元件一般采用激光喷镀法,将薄膜状的金属铂沉积到氧化铝基片上。因为薄膜状的铂和氧化铝基片贴附得很紧密,所以不可避免地会产生应力。这个应力是薄膜铂电阻热迟滞现象产生的主要原因。


外绕式整体烧结铂电阻元件、内绕式陶瓷铂电阻元件、云母铂电阻元件这几种均属于铂丝型铂电阻。将铂丝绕制在陶瓷、石英或玻璃这些与之有着相同热膨胀系数的材料上并封装即制成铂丝型铂电阻。这样的结构能提供足够的保护,有效地防止振动,同时在温度改变时不会引入大的应力。因此在理论上讲铂丝型铂电阻热迟滞性比较小。


1、热迟滞性试验方案设计

我们对IEC 60751:2008文件中铂电阻热迟滞性的测量方法略作改动,将上限温度改为300℃,将中间温度点改为0℃,将下限温度改为-80℃,在此基础上设计试验方法。

针对薄膜铂电阻和铂丝型铂电阻两种类型的铂电阻,我们分别选取3支A级品作为试验样品。采用两台波动性为±10mK/30min、均匀性为5mK的 低温酒精槽用作-80℃和0℃的热源;采用一台波动性为±10mK/30min、均匀性≤10mK的恒温油槽作为300℃的热源。采用三支一等标准铂电阻温度计作为温度标准器对热源温度进行实时监控。使用一台TM-3022T标准铂电阻温度计温度表作为温度/电阻显示设备。


试验方法设计如下:将两台低温酒精槽分别设置到-80℃和0℃;将恒温油槽设置到300℃进行恒温,在每台恒温槽中插入一支一等标准铂电阻温度计,并将这三支标准温度计连接至TM-3022T标准铂电阻温度计温度表,对槽温进行温度监控。待这三台恒温槽的温度都恒定在设置温度1h后,将三支薄膜铂电阻元件的的铂电阻同时放入300℃油槽中,恒温1h后拿出,于空气中放置5min后放入0℃酒精槽中,恒温0.5h后使用TM-3022T标准铂电阻温度计温度表测量其在0℃下的电阻值Rhi1(i=1,2,3)。然后将这三支薄膜铂电阻拔出,在空气中放置5min后再放入-80℃的低温酒精槽中恒温1h,取出后依旧在空气中放置5min,然后放入0℃酒精槽中,恒温0.5h后测量其在0℃下的电阻值Rli1(i=1,2,3), |Rhi1-Rli1|(i=1,2,3)即为该三支薄膜铂电阻在0℃的热迟滞性。再重复以上试验流程两次,得到|Rhi2-Rli2|(i=1,2,3)和|Rhi3-Rli3|(i=1,2,3),测得该三支薄膜铂电阻第二次和第三次在0℃的热迟滞性数据。


使用三支铂丝型铂电阻温度计按照以上方法进行热迟滞性试验,测得三次在0℃的热迟滞性数据,分别为:|Rhj1-Rlj1|、|Rhj2-Rlj2|和|Rhj3-Rlj3|。


2、铂电阻热迟滞性试验结果

①薄膜铂电阻热迟滞性试验结果
三支薄膜铂电阻在0℃的热迟滞性试验结果如表1所示。这三支薄膜铂电阻在0℃的三次热迟滞性测量数据如图1所示。
表1 薄膜铂电阻热迟滞性试验的测量数据
薄膜铂电阻热迟滞性试验的测量数据

薄膜铂电阻在0℃的热迟滞性
图1 薄膜铂电阻在0℃的热迟滞性


从图1中可知,这三支薄膜铂电阻热迟滞性第一次测量时较大,都在100mK左右;到第二次测量时,薄膜铂电阻热迟滞性显著下降,在80mK左右;到第三次测量时,薄膜铂电阻热迟滞性继续下降,达到50mK左右。由表1还可看出,将薄膜铂电阻置于高温300℃下后测得的0℃电阻值要高于将铂电阻温度计置于低温-80℃下后测得的0℃电阻值。


②铂丝型铂电阻热迟滞性试验结果

三支铂丝型铂电阻在0℃的热迟滞性试验结果如表2所示。这三支铂丝型铂电阻在0℃的三次热迟滞性测量数据如图2所示。
表2 铂丝型铂电阻热迟滞性试验的测量数据


铂丝型铂电阻在0℃的热迟滞性
图2 铂丝型铂电阻在0℃的热迟滞性


从图2中可知,铂丝型铂电阻在0℃的热迟滞性明显小于薄膜型铂电阻温度计,第一次测量的铂丝型铂电阻热迟滞性在20mK左右;第二次测量的铂丝型铂电阻热迟滞性在18mK左右;到第三次测量时,铂丝型铂电阻热迟滞性在17m左右。可见虽然随着测量次数的增多,热迟滞性在逐步减小,但减小的幅度并不像薄膜型铂电阻
那样显著。由表2可看出,将铂丝型铂电阻于高温300℃下后测得的0℃电阻值也要略高于将铂丝型铂电阻置于低温-80℃下后测得的0℃电阻值。

通过试验我们可以得出结论:薄膜铂电阻在0℃的热迟滞性远大于铂丝型铂电阻。其原因主要还是薄膜状的铂和氧化铝基片贴附的很紧密,在热膨胀和热收缩时不可避免地会产生应力。而铂丝型铂电阻温度计中的铂丝是绕制在石英或玻璃这些与之有着相同热膨胀系数的材料上,因此几乎不产生应力,所以铂丝型铂电阻的热迟滞性很小。


随着试验次数的增多,铂电阻热迟滞性会逐渐减小,那是因为随着升降温的增多,应力逐渐减小的缘故。薄膜铂电阻的应力减小的很快,因此热迟滞性的减小也就很显著,铂丝型铂电阻本身的应力就很小,因此其热迟滞性的减小也就不很明显。
作者:朱蕾,苏州市计量测试研究所

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