由于Cr20Ni80合金K状态形成的温度范围约为350~700°C,因此我们需要测量电阻的温度范围为0~850°C,相应的电阻最大增量约为7%,而由K状态引起的电阻最大相对增量约为2%,因此电位差计的读数不得低于3位有效数字。根据这个要求,可选用308型精密级电位差计作为测量仪表。
电位差计是以被测电位差与电阻上已知电阻压降相互平衡条件位基础进行测量的。由于电位差计测量基于电位补偿原理,因而测量中不受测量回路中接线电阻和接触电阻的影响。
电位差计的工作原理见图6-2。它由两个基本回路组成:工作电流回路I;校正回路P。测量时首先要调整回路I的工作电流,其过程如下:将S与a接通,改变电阻R1的阻值,使流经RN的电流位I0,并使I0RN等于校正回路中的标准电动势EN,即
I0RN=EN (6-1)
此时检流计的电流位零。式(6-1)中RN和EN均为已知,因此工作电流为
I0=EN/RN (6-2)
对一种型号的电位差计,其工作电流是定值。
工作电流调好后,将开关S与b接通,调节r使检流计指零,于是得到
I0r=Ex (6-3)
将式(6-2)代入式(6-3),则得
Ex=r (6-4)
工作电流进行标准化处理后,Ex值可在电位差计的刻度盘上直接读出。对1-3级精度的仪器,其有效读数可从3-6位。从式(6-4)可以看出,电位差计的读数是否准确,取决于电阻r的结构及稳定性。
以上所述是电位差计的工作原理。当它测量电阻时,则需要按图6-3所示的线路连接试样。在测量前应当先将开关S1闭合,接通abcd回路,改变电阻R,调整回路中的工作电流。工作电流不宜过大,以避免在测量过程中试样和回路的温度升高。但电流也不宜过小,电流太小会使试样两端的电压降变小,从而影响测量的灵敏度。一般电流值约取0.1A较为合适。在测量过程中,要求工作电流值不一定准确,但必须稳定,故通常采用多个电池并联作为直流电源。
测量时,将S2拨向1的位置,首先测量标准电阻RN上的电压降URN,然后拨向2的位置,测量待测电阻Rx上的电压降URX。由于回路中流经RX和RN的电流相等,因此
(6-5)
上式可写为 RX=RN (6-6)
式中RN的阻值已知,测出URN和URX便可用上式计算出Rx值来。这种方法的灵敏度和测量精度都比较高,广泛应用于测量金属及合金的电阻。在使用电位差计测量金属的电阻时,必须注意热电效应的影响,一般采用正反向通电测量法加以消除。
本实验选用直径为1mm、长为200mm的丝状试样,实验之前,先将试样高温加热,然后进行淬火,以获得均匀固熔体。为了测量电阻,将试样两端焊上引出线,并置于加热炉的均温区中,均温区的温度分布波动小于±2°C。