摘 要
科学技术的迅速发展和生产过程的日益自动化，大大提高了产品的质量和劳动生产率,降低了材料和能源的消耗。这就提高了对科学和生产过程中每一个参数测量精度的要求。温度作为生产过程中的重要参数，受到了人们越来越多的重视。根据温度咨询委员会(CCT)的推荐，国际计量委员会根据1987年第十八届国际计量大会第7号决议的要求，于1989年会议通过1990年国际温标[ITS-90]。我应用计算机语言(VB 6.0)开发软件来模拟新国际温标下的热电阻校验过程。通过公式计算、公式计算与调用数据库相结合两种方法来模拟被校验热电阻的测温过程，通过调用数据库来模拟标准热电阻的测温过程。本文给出了铜热电阻和铂热电阻的几种温度—阻值转换公式，同时还给出了软件的编制方法、操作过程、所应用原理以及计算结果的分析。通过分析验证，此软件能够在新国际温标下准确的对Cu50、Cu100、Pt10、Pt100热电阻进行校验。
关键词：热电阻；校验；Visual Basic 6.0；ITS-90；温度
Abstract
With the science and technology developing quickly , production is becoming automatic day by day. It has improved the quality and productivity of productions and has reduced the consumption on of materials and energies consumedly. Therefore the request of the accuracy with the measure parameters in science and production is enhanced. As an important parameter in production, temperature has caught people’s attention more and more. According to the recommendation of Communication Committee of Temperature (CCT), the international calculation committee has adopted the international thermometric scale [ITS-90] on the basis of the requirement of the seventh resolution which was argument passed in the eighteenth international calculation meeting of 1987, in 1989. I have developed a software with computer language (Visual Basic 6.0) to imitate the calibration process of resistance temperature detectors (RTDs) under the new international temperature standard. By using formula calculation and formula calculation combined with database to imitate the RTDs which is calibrated, transfer database to imitate the standard RTDs. This article gives the temperature and resistance’s conversion formula about Copper_resistance and Platinum_resistance, the compilation method and the operate process of the sofeware, the principle and the result analysis. Through analysis and verification, it can be used on calibrating Cu50, Cu100, Pt10, Pt100 accurately under the new international termperature standard.
Key words：resistance temperature detectors；calibration；Visual Basic 6.0；ITS-90；temperature
目 录
第1章 前言 .......................................................................................................... 1
第2章 温度及温度检测仪表的概述 .................................................................. 3
第3章 热电阻测温仪表 ...................................................................................... 5
3.1 热电阻温度传感器的测温原理 ............................................................... 5
3.2 热电阻温度传感器的特点 ....................................................................... 5
3.3 常用热电阻 ............................................................................................... 6
第4章 热电阻的校验 .......................................................................................... 8
4.1 阻值校验方法 ........................................................................................... 8
4.2 比较校验方法 ........................................................................................... 9
第5章 热电阻校验软件的设计 ........................................................................ 11
5.1 软件编制的背景 ..................................................................................... 11
5.2 软件编制的准备工作 ............................................................................. 12
5.3 软件的编制 ............................................................................................. 19
5.4 软件的功能及应用 ................................................................................. 20
第6章 结论 .......................................................................................................... 25 参考文献 .............................................................................................................. 266 致 谢 .................................................................................................................... 277
第1章 前言
一、问题的提出及意义
温度是国际单位制中7个基本的物理量之一,温度测量在工业和科学研究中得到广泛的应用。其作为生产过程中的重要参数，受到人们越来越多的重视。目前，各国都在努力研究以获得更为精确、有效的测温方法。
热电阻温度计是一种常用的测温仪器。它是利用物质(一般为纯金属)的电阻值随温度的变化而变化并呈一定函数关系的特性，制成温度传感器来进行测温的。其具有测量精度高，稳定性好，灵敏度高，应用范围广等许多优点。因此在工业生产和科学实验中得到了越来越广泛的应用。热电阻使用一段时间后，为保证其精确度和正常使用，需要对其进行周期校验。因此，为了使测温准确，我们必须对热电阻进行校验，看其电阻值随温度的变化关系是否准确。在工业上，传统的校验装置由程序给定器、PID调节器、温度显示记录仪、可控硅等组成控制系统来控制温度，等待炉温稳定后，用手动电位差计测量毫伏电动势，或用惠斯通电桥手动测量热电阻，然后手动查表、数据处理。这种方法操作繁琐、耗时长、浪费能源，也容易带来一些人为的误差。工业上通常采用直接比较法校验，比较法校验是将被校验热电热电阻和标准热电阻直接比较的一种校验方法。校验时，把被校验热电阻与标准热电阻捆扎在一起送入检定炉，测量端应位于检定炉均匀的高温区中，检定炉内的温度应恒定在被校温度点。
自国际温标ITS-90实行以来，各国温度基准实验室对ITS-90又进行了新的一轮研究，对ITS-90存在的问题提出了新的解决办法，在热力学温度测量领域不断取得进展。我国在1991年开始执行ITS-90国际温标以后，长时间没有更改旧的热电阻分度表，直到1997年6月才发布JB/T8622-1997热电阻分度表。我专业实验室的热电阻及仪表由于标准的变更早已淘汰，在没有新的设备配置的情况下，我应用计算机语言(VB 6.0)开发软件来模拟新国际标准下的热电阻校验过程。
二、问题的研究现状
随着科学技术的不断发展，人们对热电阻的研究也越来越深入，对热电阻的测温要求也越来越高。上海电动工具研究所的黄凯、马越强研制出新型的电动工具热电阻测试仪及温升计算软件，使温升测试也能实现自动化；李亚军研制了一种新型的、用于热电阻检定的数字式标准仪器，代替了以往使用的专用电桥；山
东东营胜利油田的王天宇与山东东营石油大学的华陈权设计了工业热电偶、热电阻自动检定装置，能够自动给定检定温度，自动控温，自动记录数据、处理数据，实现了自动连续检定；华东船舶工业学院的陆金铭利用IPC-610工控以及PCL-813 A/D卡，构成铂热电阻自动测温系统，用软件克服了铂热电阻的非线性；山东省计量科学研究所的韦靖、孙淑兰研究了用二等铂电阻温度计标准装置检定工业铂热电阻的不确定度；中国计量科学研究院的武荷莲、冯玉玲提出了一种用于提高在-200~室温范围内使用的工业铂热电阻稳定性的方法。
目前，有许多人提出了各种热电阻测温方法。国内外的许多研究机构和制造商，根据工业过程自动化的检测和控制要求，也不断设计和制造出各种各样的热电阻。
三、本文的研究内容
本文采用比较校验的方法来编制软件对热电阻进行校验。应用公式计算、公式计算与调用数据库相结合两种方法模拟被校验热电阻的测温过程；用调用数据库的方法来模拟标准热电阻的测温过程。同时，给出了铜热电阻和铂热电阻的几种温度—阻值转换公式、热电阻校验软件的编制方法以及软件的操作过程、所应用原理和计算结果的分析。本文共分为六章，第一章和第六章分别为引言和结论，其他四章为正文部分。
第二章是“温度及温度检测仪表的概述”。介绍了温度的意义和温度检测的重要性，温度检测仪表的工作原理和种类。
第三章是“热电阻测温仪表”。介绍了热电阻温度传感器的作用原理、特点以及工业上常用的两种热电阻。
第四章是“热电阻的校验”。介绍了热电阻校验的两种方法：阻值校验法和比较校验法。
第五章是“热电阻校验软件的设计”。介绍了的校验软件的编制背景、方法以及软件的操作过程、所应用原理。
第2章 温度及温度检测仪表的概述
科学技术的迅速发展和生产过程的日益自动化，大大提高了产品质量和劳动生产率,降低了材料和能源的消耗，从而提高了对科学和生产过程中每一个参数测量精度的要求。温度是表征物体冷热程度的物理量。人们对周围环境或物体冷热的感觉，以及自然界中的热效应，都是用温度这个物理量来描述的。而且，温度是基本物理量，是国际单位制(SI)中7个基本单位之一。它是一个很重要的物理参数，自然界中的任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系，在很多生产过程中，温度测量与控制和安全生产、保证产品质量、提高生产效率、节约能源等重大技术经济指标均相联系。因此在国民经济各个领域中受到了相当的重视，特别是在大、中型企业的工艺流程中，温度是重要的参数之一。据不完全统计，它平均约占热工参数测量点的60%左右，所以，温度检测的质量，往往在很大程度上直接影响着生产的好坏和产品质量的优劣。
温度不能直接测量，只能借助于冷热不同的物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。人们根据热平衡观点，设计出各种形式的温度测量仪表：选择某一物体与被测量物体相接触，并进行热交换，当两者达到热平衡状态时，选择物体与被测量物体温度相等，于是，可以通过测量选择物体的某一物理量(例如液体的体积、导体的电阻)，得出被测物体的温度数值。当然为了得到温度的精确测量，要求用于测温的物体的物理性质必须是连续的、单值的随温度的变化而变化，并且要求再现性好。
测温仪表分为接触式测温的仪表，如膨胀式温度计、电阻温度计、热电偶温度计；及非接触式测温仪表，如辐射式温度计、亮度温度计、比色温度计、真实温度测量仪。
目前国内外温度检测仪表中，虽然品种繁多，原理各异，但在工业和国民经济的各部门中，使用最广泛的仍是热电偶和热电阻。它们作为温度传感器，通常用来和显示仪表或调节器等配套，直接测量和控制各种生产过程中从-273~+2800℃范围内液体、蒸汽、气体介质和固体等的温度。它们的产量和产值都很大，约占整个温度传感器的60%，可谓是“量大面广”的温度测量中的“常规武器”。它们之所以能够占据这样重要的地位，完全是由于它们本身的特点和具有不可比拟的优越性所决定的。
其主要优点如下：
1. 接触式测温，受外界影响小，测温准确、可靠；
2. 可以远传，便利集中测量、控制和调节；
3. 结构简易，维修方便；
4. 价格便宜；
5. 品种齐全，适应性强，测量范围广；
6. 具有统一的分度表，便于互换和数据处理。
第3章 热电阻测温仪表
3.1 热电阻温度传感器的测温原理
热电阻是利用物质(一般为纯金属)的电阻值随温度变化而变化并呈一定函数关系的特性，制成温度传感器来进行测温的。
以铂电阻为例：
感温元件是以直径为φ0.03~φ0.07毫米的纯铂丝绕在有锯齿的云母架上，再用两根直径约为φ0.5~φ1.4毫米的银导线做引线引出与显示仪表连接。当感温元件上的铂丝受到温度作用时，感温元件的电阻值随温度而变化，并呈一定的函数关系Rt=f(t)。将变化的电阻值作为信号，输入具有平衡或不平衡电桥回路的显示仪表，以及调节器和其它仪表等，即能测量或调节被测量介质的温度。
由于感温元件占有一定的空间，所以不能象热电偶那样，用它来测量个别点的温度，然而在有些情况下，当要求测量任意空间内或表面部分的平均温度时，热电阻用起来特别方便。换句话说，热电阻所测量的温度，乃是它所占空间的平均温度。
3.2 热电阻温度传感器的特点
热电阻温度传感器有如下的特点：
（1）适用测量低温。工业上常用的热电阻温度传感器测量范围一般为-200~+500℃，但特殊制作的热电阻温度传感器可测到1K左右，高温也可测到1000℃。
（2）在低温下(500℃以下)，热电阻温度传感器的输出信号比热电偶要大得多，故灵敏度高。
（3）因输出是电信号，故可实现远距离检测。
热电阻传感器是由电阻——感温元件、自动平衡电桥——显示仪表两部分组成的。虽然所有固体金属(导体)的电阻均随温度的变化而变化，但作为测量温度用的热电阻材料一般要满足下列要求：
（1）有较大的电阻温度系数。电阻温度系数愈大，热电阻的灵敏度愈高，测量结果就愈精确。
（2）有较大的电阻率。因为电阻率愈大，在总电阻相同时，热电阻体的体积就可以小一些，热容量和热惯性也就小一些，这样对温度变化的响应速度就快一些。
（3）在测量范围内，物理及化学性能稳定。
（4）电阻值与温度的关系近似线性，以便分度和读数。
（5）复制性好。
总的来说，纯金属的电阻温度系数比合金要大的多，且纯金属也较易复制，所以实际上都采用纯金属制作感温元件。而以铂和铜两种金属较能满足以上要求，因此铂热电阻和铜热电阻是目前电阻温度计中应用最广泛的两种热电阻。
3.3 常用热电阻
（一）铂热电阻
铂热电阻测温元件的特点是精度高、稳定性好、性能可靠，被广泛应用于工业和实验室中。铂在氧化介质中，甚至在高温下的物理化学性能都非常稳定，被国际使用温标ITS-90规定为从13.8033K~961.78℃温域内的标准仪器；铂电阻在还原性气氛中，特别是在高温下很容易被还原性气体污染，铂丝将变脆，并改变电阻与温度间的关系。因此必须用保护套管把电阻体与有害的气氛隔离开来。
铂的纯度常以R100/R0来表示。对于基准仪器的铂热电阻其R100/R0值不得小于1.3925。对于一般工业用铂热电阻，规定其R100/R0为1.385。
铂热电阻的起始电阻R0的选择应从以下两方面考虑：
（1）为了减少引出线和连接导线的电阻值因环境温度变化所引起的测量误差，应取较大的R0值。
（2）从减小热电阻体积以减小热容量和热惯性，提高热电阻对温度变化的反映速度来看，R0值越小越好。而且R0值越小，在测量时电流通过热电阻使金属丝加热产生的热量越小，因此而引起的附加误差也越小。
综合考虑，我国工业上常用的铂热电阻，分度号为Pt10的R0=10.00Ω；分度号为Pt100的取R0=100.00Ω。标准和实验室用铂热电阻的R0=100.00Ω或R0=25.00Ω，它们的铂丝较粗，能可靠地用于600℃以上测温。Pt10铂热电阻分度表见附录1。 Pt100铂热电阻分度表见附录2。
（二）铜热电阻
铜热电阻的电阻值与温度的关系几乎是线性的，它的电阻温度系数也比较大，而且材料容易提纯，价格比较便宜，所以在一些测量精度要求不是很高且温度较低的场合，可以使用铜热电阻，它的测温范围为-50~+150℃。其缺点是：温度超过250℃后易被氧化，氧化后失去良好的线性特性，因此只能在低温及没有腐蚀性
的介质中使用；另外，由于铜的电阻率小，(一般为ρ=0.0175Ωmm2/m)为了有适当的电阻值，铜电阻丝必须较细，长度也要较长，这样铜电阻体积就大，机械强度变低。我国规定工业用铜热电阻的R100/R0=1.428。铜热电阻的分度号为Cu50和Cu100，表示其R0=50.00Ω及R0=100.00Ω。Cu50铜热电阻分度表见附录3。Cu100铜热电阻分度表见附录4。
由于铜电阻的特性在0~100℃之间基本上是线性的，所以0~100℃ 之间的温度特性可以用下式表示：
Rt=R0(1+αtt) (3-1) 式中：αt—0~100℃之间的电阻温度系数，αt=4.25~4.28⨯10-3℃-1，一般铜导线的材质纯度不高，其电阻温度系数稍小，取4.25⨯10-3℃-1。
第4章 热电阻的校验
目前人们用来校验热电阻的方法主要有两种：阻值校验法和比较校验法。下面来介绍一下这两种校验方法。
4.1 阻值校验方法
4.1.1 校验设备
热电阻的校验所用设备如下：
标准玻璃温度计一套(或标准铂热电阻温度计)； 加热恒温器一套；
标准电阻(10Ω或100Ω)一个； 电位差计(UJ-31)一台； 毫安表； 分压器； 切换开关等。
装置的接线图如图4-1所示。
图4-1 校验热电阻的设备接线
1-加热恒温器；2-被校验热电阻；3-标准温度计；4-毫安表； 5-标准电阻；6-分压器；7；双刀双掷切换开关；8-电位差计
4.1.2 计算方法
校验中应注意的是，流经热电阻的电流不可过大，一般不超过6mA，否则会因热电阻产生的热量过大，影响测量精度。流经热电阻的电流可用分压器调节。 将热电阻的电阻体放在恒温器内，使它达到被校温度并保持恒温。通过切换开关，迅速地用电位差计分别测出标准电阻Rs和被测热电阻Rt上的电压降Vs和Vt。
在同一校验点须反复测量几次，并按Rt=Vt/Vs×Rs求出Rt。取Rt的平均值与标准温度计核对，看其是否超差。如不超差，则该校正点的Rt值即算合格。通常取被测温度范围的10%、50%和90%作为校正点。
4.2 比较校验方法
4.2.1 校验设备
热电阻的校验所用设备如下： 调压变送器一台； 管式电炉一台； 镍块；
万用电桥一台；
标准电阻(10Ω或100Ω)一个； 切换开关等。
装置的接线图如图4-2所示。
图4-2 热电阻校验装置示意图
1-调压变压器； 2-管式电炉；3-标准热电阻；4-被校热电阻；
5-双刀双掷切换开关；6-万用电桥；7-镍块
4.2.2 计算方法
将被校验热电阻和标准热电阻捆扎在一起放入管式电炉内，测量端应位于管式电炉均匀的高温区中，管式电炉内的温度应恒定在被校验温度点。使它达到被校温度并保持恒温。通过切换开关，迅速地用万用电桥分别测出标准热电阻和
被测热电阻的电阻值。在同一校验点须反复测量几次，通过它们电阻值的比较来校验热电阻。求出相对误差，如不超差，则该校正点的Rt值即算合格。
热电阻的校验除上述方法外，还有用校验R0与R100/R0的数值不超过允许的偏差范围，即为合格。实际上是校验0℃和100℃的热电阻阻值，即把热电阻插入冰水或水沸腾器中，校验热电阻在0℃和100℃时的电阻值。
第5章 热电阻校验软件的设计
5.1 软件编制的背景
国际温标是为科研和工业上的温度测量提供共同的基础和标准，它是一种易于复现并在当时科学技术水平下尽可能接近热力学温度的经验温标。国际温标的形成主要是为了统一温度量值、促进各国之间的科学与技术的交流以及发展贸易等等。随着科学技术的进步，温标也在不断发展，自从1927年制订第一个国际温标以来，大约每隔20年将对国际温标作一次重大修改。1960年以后，国际温标又被称为“国际实用温标”，简写为(IPTS)。
根据温度咨询委员会(CCT)的推荐，国际计量委员会根据1987年第十八届国际计量大会第7号决议的要求，于1989年会议通过用1990年国际温标[ITS-90]代替[IPTS-68]和[EPT-76]。这次温标修改的主要目的是解决IPTS-68所存在的问题，使温标更能准确地反映热力学温度，并且易于复现。
1990年国际温标[ITS-90]规定热力学温度(符号为T)是基本的物理量。其单位为开尔文(符号为K)。它规定水三相点的热力学温度为273.16K，定义开尔文一度等于水三相点热力学温度的1/273.16。
由于习惯，热力学温度也可以用国际摄氏度t90表示。[ITS-90]定义国际开尔文温度(T90)和国际摄氏温度(t90)。T90和t90之间的关系：
t90/℃=T90/K-273.15 (5-1) 相对于IPTS-68，ITS-90主要有以下几方面改进：
（1）某些固定点的数值和内容有了变化。采用凝固点、熔点和三相点作为固定点，而不采用沸点，取消了氧冷凝点和永沸点，增加了氖三相点、汞三相点和镓熔点，用更准确的固定点温度值替代了原有固定点温度值，使新温标较之IPTS－68更接近于热力学温度值，全量程中各温区的连接更为光滑。
（2）准确度和精密度高，复现性好。在全量程中，任何温度的t90值非常接近于t的最佳估计值，与直接测量热力学温度相比，t90的测量方便得多，并且更为精密和具有很好的复现性。
（3）不再用热电偶作为温标的内插仪器。铂电阻的电阻比由原参考点(冰点)改为水三相点，温标中的函数插入式修改为差值内插法。
（4）温度基准范围有很大拓宽。温标下限延伸到0.65K，上限直到用普朗克辐射定律实际可测量的最高温度。
根据第18届国际计量大会(CGPM)及第77届国际计量委员会(CIPM)的决议，从1990年1月1日起，国际上正式采用《1990年国际温标(ITS-90)》。考虑到我国的实际情况，国家技术监督局决定，采取分阶段实施的方针，逐步建立新的温度基准定点，修订计量规程，并按新温标生产温度计量仪器等。1994年1月起已全面实施1990年国际温标，因此物理测量和实验教学中的有关内客也应根据90温标作出变动和更新。
我国在1991年开始执行ITS-90国际温标以后，长时间没有更改旧的热电阻分度表，直到1997年6月才发布JB/T8622-1997热电阻分度表。我专业实验室的热电阻及仪表由于标准的变更早已淘汰，在没有新的设备配置的情况下，我们开发软件来模拟新国际下的热电阻校验过程
5.2 软件编制的准备工作
此软件是采用模拟比较校验法对热电阻进行模拟校验的。在编制此软件之前，我阅读了大量的相关资料，并找出了多种温度—阻值间的转换公式。在这些公式中找出计算精度最高的公式，用它来编制热电阻温度传感器的校验软件，以提高软件的准确度。我应用公式计算、公式计算与调用数据库相结合两种方法来模拟被校验热电阻的测温过程；应用调用数据库方法来模拟标准热电阻的测温过程。以此来模拟新国际标准下的热电阻的校验过程。下面介绍一下公式的选择过程
5.2.1 铜热电阻温度—阻值转换公式的选择
一．铜热电阻温度—阻值的计算公式主要有两种： 第一种计算公式：
参考《传感器技术》 2002年 第21卷 第1期中的有关计算公式： 在-50~100℃的范围内
Rt=R01+At+Bt2+Ct3 (5-2)
式中：Rt—t℃时的铜电阻值
()
R0─0℃时的铜电阻值
A=4.28899⨯10-3℃-1
B=-2.133⨯10-7℃-2
C=1.233⨯10-9℃-3
t—ITS-90温度值 第二种计算公式：
参考《仪表常用数据手册》中的有关计算公式：
在-50~100℃的范围内
Rt=R01+αt+βt(t-100)+γt2(t-100) (5-3)
式中：Rt—t℃时的铜电阻值
[]
R0—0℃时铜电阻值
α—电阻温度系数 α=4.280⨯10-3℃-1
β—常数 β=-9.31⨯10-8℃-2 γ—常数 γ=1.23⨯10-9℃-3 t—ITS-90温度值
下面来对这两个公式进行一下比较，以从中选择出精度较高的公式来模拟软件
中被校验的铜热电阻的测温过程。
表5-1 Cu100铜热电阻温度—阻值计算公式的比较
通过上面的比较，我们可以知道公式(5-2)与公式(5-3)的形式几乎一样，只不过是相关的系数稍有不同而已，而且它们的计算值也相差不多，但是总的来说公式(5-3)要比(5-2)计算所得的电阻值精确些。因此，我们选择公式(5-3)来模拟软件中被校验的铜热电阻的测温过程。 二．铜热电阻阻值—温度的计算公式如下：
《传感器技术》 2002年 第21卷 第1期 中的有关铜电阻的阻值—温度计算公式如下：
t=-
qqpqqpa
+()2+()3+--()2+()3- (5-4) 2232233
a2
+b 式中：p=-32a2ab
-+c q=273B
a=
C
b= c=
A C
R0-Rt
CR0
A=4.28899⨯10-3℃-1 B=-2.133⨯10-7℃-2 C=1.233⨯10-9℃-3
我对上面的公式进行了验证，如下表：
表5-2 Cu100铜热电阻阻值—温度计算公式的验证表
由上面的表格，我们可以清晰的看到公式(5-4)计算所得到的温度与查表得到的温度相差无几。因此，我们就可以应用这个公式来模拟软件中的被校验铜热电阻的阻值到温度的转换过程。至此，铜热电阻的计算公式都已经选择好了。
5.2.2 铂热电阻温度—阻值转换公式的选择
上一节我已经选择好了铜热电阻的计算公式，下面来选择铂热电阻的计算公式。
一．铂热电阻的温度—阻值计算公式如下：
第一种计算公式：
《传感器技术》 2002年 第21卷 第1期 与《仪表常用数据手册》都提到了同一种计算公式，如下：
在-200~0℃之间
Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3
在0~850℃之间
Rt=R0[1+At+Bt2] (5-5) 式中：Rt—t℃时的铂电阻值
R0─0℃时的铂电阻值
A=3.9083⨯10-3℃-1
B=-5.775⨯10-7℃-2
C=-4.183⨯10-12℃-3 第二种计算公式：
《仪表技术》1999年 第4期 《一种铂电阻测温仪用双补偿电路及其设计》中提到的，一种铂电阻温度阻值间的换算公式如下：
在-100~500℃之间
KT+Rt0
(5-6) Rt=
1+K1T
3式中：K—线性增长系数 K=0.408
Rt0—0℃时的铂电阻值
K1—非线性系数 K1=0.0001656
T—温度值
Rt—T温度下的铂电阻值
表5-3 Pt100铂热电阻温度—阻值公式的比较
由上面的表格，我们可以看出公式(5-5)不但比公式(5-6)的测温范围广而且也更为精确，因此选择公式(5-5)作为软件的编制公式是不容质疑的了。但是公式(5-6)也有它的优点，由于它的线性关系以及简单的表达式，更便于记忆，所以适合在精确度要求不高的场合，粗略的计算铂热电阻阻值。 二．铂热电阻阻值—温度计算公式：
参考《传感器技术》 2002年 第21卷 第1期中的公式：
温度范围 –200~0℃
-m'-m'2-4n'
, Rt≤R0 t=
2
温度范围 0~850℃
-A+A2-4B(1-
Rt
)
t=
2B
, Rt≥R0 (5-7)
aa2
式中：m=--b+u0
24
'
2u0u0
n=--d
24
'
a=-100
b=
c=
d=B CA CR0-Rt CR0
u0=-qqpqqpb+()2+()3+--()2+()3+ 2232233
b2
p=-+ac+4d 3
2b21-(4bd-abc)+a2d+4bd-c2 q=273
R0─0℃时的铂电阻值
A=3.9083⨯10-3℃-1
B=-5.775⨯10-7℃-2
C=-4.183⨯10-12℃-3
下面我们再来验证一下上面这个公式的正确性：
由表5-4我们可以看出公式(5-7)所计算的温度值与查表所获得的温度值非常的接近，因此我们就可以用公式(5-7)来模拟软件中的被校验铂热电阻。
上面我们选择了用于计算的公式，且这些公式已经被证明是切实可用的，不但计算准确、方便，且通用性强，尤其适合计算机程序编制的要求，有利于实现温度计量检定工作中的自动化。
5.3 软件的编制
已经初步做好准备工作之后，来进行软件的编制。首先应用上面的公式，结合数据库来模拟被校验热电阻的测温过程，然后在VB的界面下调用数据库(热电阻分度表)，模拟标准热电阻测温。对比两者的误差，即实现了实验室模拟热电阻的校验工作。
5.3.1 标准热电阻的模拟
上面说过，采用调用数据库的方法来模拟标准热电阻的测温过程。
数据库的调用：
假设数据库是一个坐标系，以Cu100铜热电阻分度表为例，那么横坐标就是温度的个位数字，纵坐标就是温度的整数部分减去个位数字所剩下的值。我所应
用的方法是：将所测温度定义为整型变量，求出所测温度的个位数字，再求出除去各位数字所剩下的值，将其乘以10。假设所得到的值为a，然后在对应的数据库调用窗体上选择a值，这样我们可以得到铜电阻分度表上的一个横行的十个电阻值。通过个位数字对应的找到与它邻近的两个整数，在十个电阻值中找到与这两个整数所对应的电阻值，再根据温度与电阻值的线性关系求出所测温度对应的电阻值。但是大家会发现，我这个软件并不是简单的要使用者只选择一个a值，而是还要选择比a或大或小的另一个温度值，这是因为，当我们要测的温度的个位为9且有小数部分的时候，上面的方法就失效了。因为，与9所邻近的数字是8和10，可是我们的十个数字是0~9，即这时数字10所对应的电阻值应该为铜电阻分度表上这一行的上一行或是下一行的数字0所对应的电阻值。因此我们要将数字10对应的电阻值求出来，就必须还要得到另一行的数据。这就是此软件除了选择a以外，还要选择另一个数值的原因了。相应的Cu50热电阻，我们只要将所得到的电阻值除以2就可以了。标准铂热电阻的模拟方法与此相同。这样我们就得到了标准热电阻的电阻值，用标准热电阻所测的温度在数据库中查找就应该和我们所测的实际温度一致。
5.3.2 被校验热电阻的模拟
我们应用公式计算、公式计算与调用数据库相结合两种方法来模拟被校验热电阻的测温过程。对于铜热电阻我采取模拟油浴加热的方法，铂热电阻采取模拟管式加热炉加热的方法。
（1） 公式计算方法：
现在已经选择好了被校验热电阻的模拟公式，那么，可以直接用公式来模拟被校验热电阻的测温过程。即通过热电阻的温度—阻值计算公式，由实际温度计算出电阻值，模拟被校验热电阻在此温度下的电阻值；再由阻值—温度的反计算公式，计算出温度，模拟被校验热电阻所测的温度。
（2）公式计算与数据库相结合的方法：
通过公式计算得到热电阻在某一温度下的电阻值，再通过阻值调用数据库来得到被校验热电阻所测的温度。数据库的调用原理同模拟标准热电阻的原理是一样的。只不过它直接采用了模拟标准热电阻时调用数据库得到的数值，在特殊点做了特殊处理。例如：在模拟标准热电阻时，得到的是数据库中两行的数据，而被校验热电阻的阻值又不在这两行数据之内，这种情况只有数据库边缘的几个点产生，因此，我在这些点做了特殊的处理。
软件的功能及应用
开始运行软件，将会看到图(5-1)这个窗体。根据我们要检测的热电阻的类型点击相应的按钮，即可进入相应的校验界面。
软件的操作过程：
以Cu100铜热电阻为例，假设所测实际温度为125℃。
（1）点击“进入铜热电阻校验”按钮，则进入了如图(5-2)的铜热电阻的校验界面。选择热电阻的类型为Cu100；
（2）点击“被校验铜热电阻阻值”按钮我们就可以获得相应被校验热电阻的电阻值；
（3）点击“标准铜热电阻阻值”按钮就可以出现如图(5-3)的铜热电阻数据库调用界面。因为实际温度为125℃，在120℃~130℃之间，因此对应的选择120℃和130℃。点击旁边的按钮，即回到了(5-2)界面，同时也得到了标准铜热电阻的阻值.
（4）点击“被校验铜热电阻所测温度”按钮，就获得了被校验热电阻所测的温度。
（5）点击“标准铜热电阻所测温度”按钮就会获得标准铜热电阻所测得的温度，同时我们可以得到被校验铜热电阻相对于标准铜热电阻的阻值与温度的相对误差。
（6）分析被校验热电阻与标准热电阻间的相对误差，若不超差，则这一测温点的Rt合格。
至此，在125℃这一温度点上的Cu100铜热电阻的校验就完成了。
由于铜热电阻的测温范围是-50~150℃，铂热电阻的测温范围是-200~850℃。所以当运行此软件时，若输入的温度超出热电阻的测温范围，则软件会自动弹出一个对话框，提示操作者所测温度超出热电阻的测温范围。这样有利于操作者正确地对热电阻进行校验。在计算窗体中我们可以选择查看热电阻分度表如图5-4，能方便操作者直接地看到温度与阻值间的对应关系，也可以通过它来验证校验的结果是否正确。在数据库调用窗体上还附有被校验热电阻的类型及所测的实际温度，以方便操作者选择温度范围。
图（5-1）课题介绍界面
图（5-2）铜热电阻的校验窗体界面
图（5-3）铜热电阻的数据库调用界面
图（5-4）Cu50铜热电阻分度表界面
第6章 结论
本文基于热电阻的比较校验方法，应用计算机语言（VB）编制了软件，模拟新国际标准下的热电阻校验过程。通过对Cu50，Cu100，Pt10，Pt100热电阻在其测温范围内的模拟校验，得出以下结论：
1、应用公式计算模拟被校验热电阻测温的方法，程序运行的结果与公式的正确性（JB/T8622-1997热电阻分度表）相一致，说明可以用这种方法来模拟新过国际标准下热电阻的校验过程（所选用公式正确，且其能够用于热电阻的温度—阻值转换计算）。
2、应用公式计算与调用数据库相结合的方法模拟被校验热电阻测温的方法，程序运行的结果与JB/T8622-1997热电阻分度表相一致，说明采用此方法亦能模拟新国际标准下的热电阻校验过程。
通过对热电阻校验的模拟实验及数据的分析，此软件能够在新国际标准下模拟热电阻的校验过程。
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致 谢
在张天春老师的精心指导下，经过了三个月的构思、编程、撰写论文，我完成了本专业的毕业设计，在此向他表示最衷心的感谢。
在本文撰写期间张老师严谨治学的作风以及他对学生的认真辅导、亲切关怀给笔者留下了深刻的印象。他对科学严谨求实的精神，将对我以后的工作和学习产生深远的影响。
本文在撰写期间亦得到平静、朱玉树等同学的大力帮助，在此向他们表示感谢。
由于水平有限，时间紧迫，这次设计一定有许多不妥之处，敬请各位老师批评指正。
附录1
Pt10铂热电阻分度表
附录2
Pt100铂热电阻分度表
附录3
Cu50铜热电阻分度表
附录4
Cu100铜热电阻分度表
摘 要
科学技术的迅速发展和生产过程的日益自动化，大大提高了产品的质量和劳动生产率,降低了材料和能源的消耗。这就提高了对科学和生产过程中每一个参数测量精度的要求。温度作为生产过程中的重要参数，受到了人们越来越多的重视。根据温度咨询委员会(CCT)的推荐，国际计量委员会根据1987年第十八届国际计量大会第7号决议的要求，于1989年会议通过1990年国际温标[ITS-90]。我应用计算机语言(VB 6.0)开发软件来模拟新国际温标下的热电阻校验过程。通过公式计算、公式计算与调用数据库相结合两种方法来模拟被校验热电阻的测温过程，通过调用数据库来模拟标准热电阻的测温过程。本文给出了铜热电阻和铂热电阻的几种温度—阻值转换公式，同时还给出了软件的编制方法、操作过程、所应用原理以及计算结果的分析。通过分析验证，此软件能够在新国际温标下准确的对Cu50、Cu100、Pt10、Pt100热电阻进行校验。
关键词：热电阻；校验；Visual Basic 6.0；ITS-90；温度
Abstract
With the science and technology developing quickly , production is becoming automatic day by day. It has improved the quality and productivity of productions and has reduced the consumption on of materials and energies consumedly. Therefore the request of the accuracy with the measure parameters in science and production is enhanced. As an important parameter in production, temperature has caught people’s attention more and more. According to the recommendation of Communication Committee of Temperature (CCT), the international calculation committee has adopted the international thermometric scale [ITS-90] on the basis of the requirement of the seventh resolution which was argument passed in the eighteenth international calculation meeting of 1987, in 1989. I have developed a software with computer language (Visual Basic 6.0) to imitate the calibration process of resistance temperature detectors (RTDs) under the new international temperature standard. By using formula calculation and formula calculation combined with database to imitate the RTDs which is calibrated, transfer database to imitate the standard RTDs. This article gives the temperature and resistance’s conversion formula about Copper_resistance and Platinum_resistance, the compilation method and the operate process of the sofeware, the principle and the result analysis. Through analysis and verification, it can be used on calibrating Cu50, Cu100, Pt10, Pt100 accurately under the new international termperature standard.
Key words：resistance temperature detectors；calibration；Visual Basic 6.0；ITS-90；temperature
目 录
第1章 前言 .......................................................................................................... 1
第2章 温度及温度检测仪表的概述 .................................................................. 3
第3章 热电阻测温仪表 ...................................................................................... 5
3.1 热电阻温度传感器的测温原理 ............................................................... 5
3.2 热电阻温度传感器的特点 ....................................................................... 5
3.3 常用热电阻 ............................................................................................... 6
第4章 热电阻的校验 .......................................................................................... 8
4.1 阻值校验方法 ........................................................................................... 8
4.2 比较校验方法 ........................................................................................... 9
第5章 热电阻校验软件的设计 ........................................................................ 11
5.1 软件编制的背景 ..................................................................................... 11
5.2 软件编制的准备工作 ............................................................................. 12
5.3 软件的编制 ............................................................................................. 19
5.4 软件的功能及应用 ................................................................................. 20
第6章 结论 .......................................................................................................... 25 参考文献 .............................................................................................................. 266 致 谢 .................................................................................................................... 277
第1章 前言
一、问题的提出及意义
温度是国际单位制中7个基本的物理量之一,温度测量在工业和科学研究中得到广泛的应用。其作为生产过程中的重要参数，受到人们越来越多的重视。目前，各国都在努力研究以获得更为精确、有效的测温方法。
热电阻温度计是一种常用的测温仪器。它是利用物质(一般为纯金属)的电阻值随温度的变化而变化并呈一定函数关系的特性，制成温度传感器来进行测温的。其具有测量精度高，稳定性好，灵敏度高，应用范围广等许多优点。因此在工业生产和科学实验中得到了越来越广泛的应用。热电阻使用一段时间后，为保证其精确度和正常使用，需要对其进行周期校验。因此，为了使测温准确，我们必须对热电阻进行校验，看其电阻值随温度的变化关系是否准确。在工业上，传统的校验装置由程序给定器、PID调节器、温度显示记录仪、可控硅等组成控制系统来控制温度，等待炉温稳定后，用手动电位差计测量毫伏电动势，或用惠斯通电桥手动测量热电阻，然后手动查表、数据处理。这种方法操作繁琐、耗时长、浪费能源，也容易带来一些人为的误差。工业上通常采用直接比较法校验，比较法校验是将被校验热电热电阻和标准热电阻直接比较的一种校验方法。校验时，把被校验热电阻与标准热电阻捆扎在一起送入检定炉，测量端应位于检定炉均匀的高温区中，检定炉内的温度应恒定在被校温度点。
自国际温标ITS-90实行以来，各国温度基准实验室对ITS-90又进行了新的一轮研究，对ITS-90存在的问题提出了新的解决办法，在热力学温度测量领域不断取得进展。我国在1991年开始执行ITS-90国际温标以后，长时间没有更改旧的热电阻分度表，直到1997年6月才发布JB/T8622-1997热电阻分度表。我专业实验室的热电阻及仪表由于标准的变更早已淘汰，在没有新的设备配置的情况下，我应用计算机语言(VB 6.0)开发软件来模拟新国际标准下的热电阻校验过程。
二、问题的研究现状
随着科学技术的不断发展，人们对热电阻的研究也越来越深入，对热电阻的测温要求也越来越高。上海电动工具研究所的黄凯、马越强研制出新型的电动工具热电阻测试仪及温升计算软件，使温升测试也能实现自动化；李亚军研制了一种新型的、用于热电阻检定的数字式标准仪器，代替了以往使用的专用电桥；山
东东营胜利油田的王天宇与山东东营石油大学的华陈权设计了工业热电偶、热电阻自动检定装置，能够自动给定检定温度，自动控温，自动记录数据、处理数据，实现了自动连续检定；华东船舶工业学院的陆金铭利用IPC-610工控以及PCL-813 A/D卡，构成铂热电阻自动测温系统，用软件克服了铂热电阻的非线性；山东省计量科学研究所的韦靖、孙淑兰研究了用二等铂电阻温度计标准装置检定工业铂热电阻的不确定度；中国计量科学研究院的武荷莲、冯玉玲提出了一种用于提高在-200~室温范围内使用的工业铂热电阻稳定性的方法。
目前，有许多人提出了各种热电阻测温方法。国内外的许多研究机构和制造商，根据工业过程自动化的检测和控制要求，也不断设计和制造出各种各样的热电阻。
三、本文的研究内容
本文采用比较校验的方法来编制软件对热电阻进行校验。应用公式计算、公式计算与调用数据库相结合两种方法模拟被校验热电阻的测温过程；用调用数据库的方法来模拟标准热电阻的测温过程。同时，给出了铜热电阻和铂热电阻的几种温度—阻值转换公式、热电阻校验软件的编制方法以及软件的操作过程、所应用原理和计算结果的分析。本文共分为六章，第一章和第六章分别为引言和结论，其他四章为正文部分。
第二章是“温度及温度检测仪表的概述”。介绍了温度的意义和温度检测的重要性，温度检测仪表的工作原理和种类。
第三章是“热电阻测温仪表”。介绍了热电阻温度传感器的作用原理、特点以及工业上常用的两种热电阻。
第四章是“热电阻的校验”。介绍了热电阻校验的两种方法：阻值校验法和比较校验法。
第五章是“热电阻校验软件的设计”。介绍了的校验软件的编制背景、方法以及软件的操作过程、所应用原理。
第2章 温度及温度检测仪表的概述
科学技术的迅速发展和生产过程的日益自动化，大大提高了产品质量和劳动生产率,降低了材料和能源的消耗，从而提高了对科学和生产过程中每一个参数测量精度的要求。温度是表征物体冷热程度的物理量。人们对周围环境或物体冷热的感觉，以及自然界中的热效应，都是用温度这个物理量来描述的。而且，温度是基本物理量，是国际单位制(SI)中7个基本单位之一。它是一个很重要的物理参数，自然界中的任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系，在很多生产过程中，温度测量与控制和安全生产、保证产品质量、提高生产效率、节约能源等重大技术经济指标均相联系。因此在国民经济各个领域中受到了相当的重视，特别是在大、中型企业的工艺流程中，温度是重要的参数之一。据不完全统计，它平均约占热工参数测量点的60%左右，所以，温度检测的质量，往往在很大程度上直接影响着生产的好坏和产品质量的优劣。
温度不能直接测量，只能借助于冷热不同的物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。人们根据热平衡观点，设计出各种形式的温度测量仪表：选择某一物体与被测量物体相接触，并进行热交换，当两者达到热平衡状态时，选择物体与被测量物体温度相等，于是，可以通过测量选择物体的某一物理量(例如液体的体积、导体的电阻)，得出被测物体的温度数值。当然为了得到温度的精确测量，要求用于测温的物体的物理性质必须是连续的、单值的随温度的变化而变化，并且要求再现性好。
测温仪表分为接触式测温的仪表，如膨胀式温度计、电阻温度计、热电偶温度计；及非接触式测温仪表，如辐射式温度计、亮度温度计、比色温度计、真实温度测量仪。
目前国内外温度检测仪表中，虽然品种繁多，原理各异，但在工业和国民经济的各部门中，使用最广泛的仍是热电偶和热电阻。它们作为温度传感器，通常用来和显示仪表或调节器等配套，直接测量和控制各种生产过程中从-273~+2800℃范围内液体、蒸汽、气体介质和固体等的温度。它们的产量和产值都很大，约占整个温度传感器的60%，可谓是“量大面广”的温度测量中的“常规武器”。它们之所以能够占据这样重要的地位，完全是由于它们本身的特点和具有不可比拟的优越性所决定的。
其主要优点如下：
1. 接触式测温，受外界影响小，测温准确、可靠；
2. 可以远传，便利集中测量、控制和调节；
3. 结构简易，维修方便；
4. 价格便宜；
5. 品种齐全，适应性强，测量范围广；
6. 具有统一的分度表，便于互换和数据处理。
第3章 热电阻测温仪表
3.1 热电阻温度传感器的测温原理
热电阻是利用物质(一般为纯金属)的电阻值随温度变化而变化并呈一定函数关系的特性，制成温度传感器来进行测温的。
以铂电阻为例：
感温元件是以直径为φ0.03~φ0.07毫米的纯铂丝绕在有锯齿的云母架上，再用两根直径约为φ0.5~φ1.4毫米的银导线做引线引出与显示仪表连接。当感温元件上的铂丝受到温度作用时，感温元件的电阻值随温度而变化，并呈一定的函数关系Rt=f(t)。将变化的电阻值作为信号，输入具有平衡或不平衡电桥回路的显示仪表，以及调节器和其它仪表等，即能测量或调节被测量介质的温度。
由于感温元件占有一定的空间，所以不能象热电偶那样，用它来测量个别点的温度，然而在有些情况下，当要求测量任意空间内或表面部分的平均温度时，热电阻用起来特别方便。换句话说，热电阻所测量的温度，乃是它所占空间的平均温度。
3.2 热电阻温度传感器的特点
热电阻温度传感器有如下的特点：
（1）适用测量低温。工业上常用的热电阻温度传感器测量范围一般为-200~+500℃，但特殊制作的热电阻温度传感器可测到1K左右，高温也可测到1000℃。
（2）在低温下(500℃以下)，热电阻温度传感器的输出信号比热电偶要大得多，故灵敏度高。
（3）因输出是电信号，故可实现远距离检测。
热电阻传感器是由电阻——感温元件、自动平衡电桥——显示仪表两部分组成的。虽然所有固体金属(导体)的电阻均随温度的变化而变化，但作为测量温度用的热电阻材料一般要满足下列要求：
（1）有较大的电阻温度系数。电阻温度系数愈大，热电阻的灵敏度愈高，测量结果就愈精确。
（2）有较大的电阻率。因为电阻率愈大，在总电阻相同时，热电阻体的体积就可以小一些，热容量和热惯性也就小一些，这样对温度变化的响应速度就快一些。
（3）在测量范围内，物理及化学性能稳定。
（4）电阻值与温度的关系近似线性，以便分度和读数。
（5）复制性好。
总的来说，纯金属的电阻温度系数比合金要大的多，且纯金属也较易复制，所以实际上都采用纯金属制作感温元件。而以铂和铜两种金属较能满足以上要求，因此铂热电阻和铜热电阻是目前电阻温度计中应用最广泛的两种热电阻。
3.3 常用热电阻
（一）铂热电阻
铂热电阻测温元件的特点是精度高、稳定性好、性能可靠，被广泛应用于工业和实验室中。铂在氧化介质中，甚至在高温下的物理化学性能都非常稳定，被国际使用温标ITS-90规定为从13.8033K~961.78℃温域内的标准仪器；铂电阻在还原性气氛中，特别是在高温下很容易被还原性气体污染，铂丝将变脆，并改变电阻与温度间的关系。因此必须用保护套管把电阻体与有害的气氛隔离开来。
铂的纯度常以R100/R0来表示。对于基准仪器的铂热电阻其R100/R0值不得小于1.3925。对于一般工业用铂热电阻，规定其R100/R0为1.385。
铂热电阻的起始电阻R0的选择应从以下两方面考虑：
（1）为了减少引出线和连接导线的电阻值因环境温度变化所引起的测量误差，应取较大的R0值。
（2）从减小热电阻体积以减小热容量和热惯性，提高热电阻对温度变化的反映速度来看，R0值越小越好。而且R0值越小，在测量时电流通过热电阻使金属丝加热产生的热量越小，因此而引起的附加误差也越小。
综合考虑，我国工业上常用的铂热电阻，分度号为Pt10的R0=10.00Ω；分度号为Pt100的取R0=100.00Ω。标准和实验室用铂热电阻的R0=100.00Ω或R0=25.00Ω，它们的铂丝较粗，能可靠地用于600℃以上测温。Pt10铂热电阻分度表见附录1。 Pt100铂热电阻分度表见附录2。
（二）铜热电阻
铜热电阻的电阻值与温度的关系几乎是线性的，它的电阻温度系数也比较大，而且材料容易提纯，价格比较便宜，所以在一些测量精度要求不是很高且温度较低的场合，可以使用铜热电阻，它的测温范围为-50~+150℃。其缺点是：温度超过250℃后易被氧化，氧化后失去良好的线性特性，因此只能在低温及没有腐蚀性
的介质中使用；另外，由于铜的电阻率小，(一般为ρ=0.0175Ωmm2/m)为了有适当的电阻值，铜电阻丝必须较细，长度也要较长，这样铜电阻体积就大，机械强度变低。我国规定工业用铜热电阻的R100/R0=1.428。铜热电阻的分度号为Cu50和Cu100，表示其R0=50.00Ω及R0=100.00Ω。Cu50铜热电阻分度表见附录3。Cu100铜热电阻分度表见附录4。
由于铜电阻的特性在0~100℃之间基本上是线性的，所以0~100℃ 之间的温度特性可以用下式表示：
Rt=R0(1+αtt) (3-1) 式中：αt—0~100℃之间的电阻温度系数，αt=4.25~4.28⨯10-3℃-1，一般铜导线的材质纯度不高，其电阻温度系数稍小，取4.25⨯10-3℃-1。
第4章 热电阻的校验
目前人们用来校验热电阻的方法主要有两种：阻值校验法和比较校验法。下面来介绍一下这两种校验方法。
4.1 阻值校验方法
4.1.1 校验设备
热电阻的校验所用设备如下：
标准玻璃温度计一套(或标准铂热电阻温度计)； 加热恒温器一套；
标准电阻(10Ω或100Ω)一个； 电位差计(UJ-31)一台； 毫安表； 分压器； 切换开关等。
装置的接线图如图4-1所示。
图4-1 校验热电阻的设备接线
1-加热恒温器；2-被校验热电阻；3-标准温度计；4-毫安表； 5-标准电阻；6-分压器；7；双刀双掷切换开关；8-电位差计
4.1.2 计算方法
校验中应注意的是，流经热电阻的电流不可过大，一般不超过6mA，否则会因热电阻产生的热量过大，影响测量精度。流经热电阻的电流可用分压器调节。 将热电阻的电阻体放在恒温器内，使它达到被校温度并保持恒温。通过切换开关，迅速地用电位差计分别测出标准电阻Rs和被测热电阻Rt上的电压降Vs和Vt。
在同一校验点须反复测量几次，并按Rt=Vt/Vs×Rs求出Rt。取Rt的平均值与标准温度计核对，看其是否超差。如不超差，则该校正点的Rt值即算合格。通常取被测温度范围的10%、50%和90%作为校正点。
4.2 比较校验方法
4.2.1 校验设备
热电阻的校验所用设备如下： 调压变送器一台； 管式电炉一台； 镍块；
万用电桥一台；
标准电阻(10Ω或100Ω)一个； 切换开关等。
装置的接线图如图4-2所示。
图4-2 热电阻校验装置示意图
1-调压变压器； 2-管式电炉；3-标准热电阻；4-被校热电阻；
5-双刀双掷切换开关；6-万用电桥；7-镍块
4.2.2 计算方法
将被校验热电阻和标准热电阻捆扎在一起放入管式电炉内，测量端应位于管式电炉均匀的高温区中，管式电炉内的温度应恒定在被校验温度点。使它达到被校温度并保持恒温。通过切换开关，迅速地用万用电桥分别测出标准热电阻和
被测热电阻的电阻值。在同一校验点须反复测量几次，通过它们电阻值的比较来校验热电阻。求出相对误差，如不超差，则该校正点的Rt值即算合格。
热电阻的校验除上述方法外，还有用校验R0与R100/R0的数值不超过允许的偏差范围，即为合格。实际上是校验0℃和100℃的热电阻阻值，即把热电阻插入冰水或水沸腾器中，校验热电阻在0℃和100℃时的电阻值。
第5章 热电阻校验软件的设计
5.1 软件编制的背景
国际温标是为科研和工业上的温度测量提供共同的基础和标准，它是一种易于复现并在当时科学技术水平下尽可能接近热力学温度的经验温标。国际温标的形成主要是为了统一温度量值、促进各国之间的科学与技术的交流以及发展贸易等等。随着科学技术的进步，温标也在不断发展，自从1927年制订第一个国际温标以来，大约每隔20年将对国际温标作一次重大修改。1960年以后，国际温标又被称为“国际实用温标”，简写为(IPTS)。
根据温度咨询委员会(CCT)的推荐，国际计量委员会根据1987年第十八届国际计量大会第7号决议的要求，于1989年会议通过用1990年国际温标[ITS-90]代替[IPTS-68]和[EPT-76]。这次温标修改的主要目的是解决IPTS-68所存在的问题，使温标更能准确地反映热力学温度，并且易于复现。
1990年国际温标[ITS-90]规定热力学温度(符号为T)是基本的物理量。其单位为开尔文(符号为K)。它规定水三相点的热力学温度为273.16K，定义开尔文一度等于水三相点热力学温度的1/273.16。
由于习惯，热力学温度也可以用国际摄氏度t90表示。[ITS-90]定义国际开尔文温度(T90)和国际摄氏温度(t90)。T90和t90之间的关系：
t90/℃=T90/K-273.15 (5-1) 相对于IPTS-68，ITS-90主要有以下几方面改进：
（1）某些固定点的数值和内容有了变化。采用凝固点、熔点和三相点作为固定点，而不采用沸点，取消了氧冷凝点和永沸点，增加了氖三相点、汞三相点和镓熔点，用更准确的固定点温度值替代了原有固定点温度值，使新温标较之IPTS－68更接近于热力学温度值，全量程中各温区的连接更为光滑。
（2）准确度和精密度高，复现性好。在全量程中，任何温度的t90值非常接近于t的最佳估计值，与直接测量热力学温度相比，t90的测量方便得多，并且更为精密和具有很好的复现性。
（3）不再用热电偶作为温标的内插仪器。铂电阻的电阻比由原参考点(冰点)改为水三相点，温标中的函数插入式修改为差值内插法。
（4）温度基准范围有很大拓宽。温标下限延伸到0.65K，上限直到用普朗克辐射定律实际可测量的最高温度。
根据第18届国际计量大会(CGPM)及第77届国际计量委员会(CIPM)的决议，从1990年1月1日起，国际上正式采用《1990年国际温标(ITS-90)》。考虑到我国的实际情况，国家技术监督局决定，采取分阶段实施的方针，逐步建立新的温度基准定点，修订计量规程，并按新温标生产温度计量仪器等。1994年1月起已全面实施1990年国际温标，因此物理测量和实验教学中的有关内客也应根据90温标作出变动和更新。
我国在1991年开始执行ITS-90国际温标以后，长时间没有更改旧的热电阻分度表，直到1997年6月才发布JB/T8622-1997热电阻分度表。我专业实验室的热电阻及仪表由于标准的变更早已淘汰，在没有新的设备配置的情况下，我们开发软件来模拟新国际下的热电阻校验过程
5.2 软件编制的准备工作
此软件是采用模拟比较校验法对热电阻进行模拟校验的。在编制此软件之前，我阅读了大量的相关资料，并找出了多种温度—阻值间的转换公式。在这些公式中找出计算精度最高的公式，用它来编制热电阻温度传感器的校验软件，以提高软件的准确度。我应用公式计算、公式计算与调用数据库相结合两种方法来模拟被校验热电阻的测温过程；应用调用数据库方法来模拟标准热电阻的测温过程。以此来模拟新国际标准下的热电阻的校验过程。下面介绍一下公式的选择过程
5.2.1 铜热电阻温度—阻值转换公式的选择
一．铜热电阻温度—阻值的计算公式主要有两种： 第一种计算公式：
参考《传感器技术》 2002年 第21卷 第1期中的有关计算公式： 在-50~100℃的范围内
Rt=R01+At+Bt2+Ct3 (5-2)
式中：Rt—t℃时的铜电阻值
()
R0─0℃时的铜电阻值
A=4.28899⨯10-3℃-1
B=-2.133⨯10-7℃-2
C=1.233⨯10-9℃-3
t—ITS-90温度值 第二种计算公式：
参考《仪表常用数据手册》中的有关计算公式：
在-50~100℃的范围内
Rt=R01+αt+βt(t-100)+γt2(t-100) (5-3)
式中：Rt—t℃时的铜电阻值
[]
R0—0℃时铜电阻值
α—电阻温度系数 α=4.280⨯10-3℃-1
β—常数 β=-9.31⨯10-8℃-2 γ—常数 γ=1.23⨯10-9℃-3 t—ITS-90温度值
下面来对这两个公式进行一下比较，以从中选择出精度较高的公式来模拟软件
中被校验的铜热电阻的测温过程。
表5-1 Cu100铜热电阻温度—阻值计算公式的比较
通过上面的比较，我们可以知道公式(5-2)与公式(5-3)的形式几乎一样，只不过是相关的系数稍有不同而已，而且它们的计算值也相差不多，但是总的来说公式(5-3)要比(5-2)计算所得的电阻值精确些。因此，我们选择公式(5-3)来模拟软件中被校验的铜热电阻的测温过程。 二．铜热电阻阻值—温度的计算公式如下：
《传感器技术》 2002年 第21卷 第1期 中的有关铜电阻的阻值—温度计算公式如下：
t=-
qqpqqpa
+()2+()3+--()2+()3- (5-4) 2232233
a2
+b 式中：p=-32a2ab
-+c q=273B
a=
C
b= c=
A C
R0-Rt
CR0
A=4.28899⨯10-3℃-1 B=-2.133⨯10-7℃-2 C=1.233⨯10-9℃-3
我对上面的公式进行了验证，如下表：
表5-2 Cu100铜热电阻阻值—温度计算公式的验证表
由上面的表格，我们可以清晰的看到公式(5-4)计算所得到的温度与查表得到的温度相差无几。因此，我们就可以应用这个公式来模拟软件中的被校验铜热电阻的阻值到温度的转换过程。至此，铜热电阻的计算公式都已经选择好了。
5.2.2 铂热电阻温度—阻值转换公式的选择
上一节我已经选择好了铜热电阻的计算公式，下面来选择铂热电阻的计算公式。
一．铂热电阻的温度—阻值计算公式如下：
第一种计算公式：
《传感器技术》 2002年 第21卷 第1期 与《仪表常用数据手册》都提到了同一种计算公式，如下：
在-200~0℃之间
Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3
在0~850℃之间
Rt=R0[1+At+Bt2] (5-5) 式中：Rt—t℃时的铂电阻值
R0─0℃时的铂电阻值
A=3.9083⨯10-3℃-1
B=-5.775⨯10-7℃-2
C=-4.183⨯10-12℃-3 第二种计算公式：
《仪表技术》1999年 第4期 《一种铂电阻测温仪用双补偿电路及其设计》中提到的，一种铂电阻温度阻值间的换算公式如下：
在-100~500℃之间
KT+Rt0
(5-6) Rt=
1+K1T
3式中：K—线性增长系数 K=0.408
Rt0—0℃时的铂电阻值
K1—非线性系数 K1=0.0001656
T—温度值
Rt—T温度下的铂电阻值
表5-3 Pt100铂热电阻温度—阻值公式的比较
由上面的表格，我们可以看出公式(5-5)不但比公式(5-6)的测温范围广而且也更为精确，因此选择公式(5-5)作为软件的编制公式是不容质疑的了。但是公式(5-6)也有它的优点，由于它的线性关系以及简单的表达式，更便于记忆，所以适合在精确度要求不高的场合，粗略的计算铂热电阻阻值。 二．铂热电阻阻值—温度计算公式：
参考《传感器技术》 2002年 第21卷 第1期中的公式：
温度范围 –200~0℃
-m'-m'2-4n'
, Rt≤R0 t=
2
温度范围 0~850℃
-A+A2-4B(1-
Rt
)
t=
2B
, Rt≥R0 (5-7)
aa2
式中：m=--b+u0
24
'
2u0u0
n=--d
24
'
a=-100
b=
c=
d=B CA CR0-Rt CR0
u0=-qqpqqpb+()2+()3+--()2+()3+ 2232233
b2
p=-+ac+4d 3
2b21-(4bd-abc)+a2d+4bd-c2 q=273
R0─0℃时的铂电阻值
A=3.9083⨯10-3℃-1
B=-5.775⨯10-7℃-2
C=-4.183⨯10-12℃-3
下面我们再来验证一下上面这个公式的正确性：
由表5-4我们可以看出公式(5-7)所计算的温度值与查表所获得的温度值非常的接近，因此我们就可以用公式(5-7)来模拟软件中的被校验铂热电阻。
上面我们选择了用于计算的公式，且这些公式已经被证明是切实可用的，不但计算准确、方便，且通用性强，尤其适合计算机程序编制的要求，有利于实现温度计量检定工作中的自动化。
5.3 软件的编制
已经初步做好准备工作之后，来进行软件的编制。首先应用上面的公式，结合数据库来模拟被校验热电阻的测温过程，然后在VB的界面下调用数据库(热电阻分度表)，模拟标准热电阻测温。对比两者的误差，即实现了实验室模拟热电阻的校验工作。
5.3.1 标准热电阻的模拟
上面说过，采用调用数据库的方法来模拟标准热电阻的测温过程。
数据库的调用：
假设数据库是一个坐标系，以Cu100铜热电阻分度表为例，那么横坐标就是温度的个位数字，纵坐标就是温度的整数部分减去个位数字所剩下的值。我所应
用的方法是：将所测温度定义为整型变量，求出所测温度的个位数字，再求出除去各位数字所剩下的值，将其乘以10。假设所得到的值为a，然后在对应的数据库调用窗体上选择a值，这样我们可以得到铜电阻分度表上的一个横行的十个电阻值。通过个位数字对应的找到与它邻近的两个整数，在十个电阻值中找到与这两个整数所对应的电阻值，再根据温度与电阻值的线性关系求出所测温度对应的电阻值。但是大家会发现，我这个软件并不是简单的要使用者只选择一个a值，而是还要选择比a或大或小的另一个温度值，这是因为，当我们要测的温度的个位为9且有小数部分的时候，上面的方法就失效了。因为，与9所邻近的数字是8和10，可是我们的十个数字是0~9，即这时数字10所对应的电阻值应该为铜电阻分度表上这一行的上一行或是下一行的数字0所对应的电阻值。因此我们要将数字10对应的电阻值求出来，就必须还要得到另一行的数据。这就是此软件除了选择a以外，还要选择另一个数值的原因了。相应的Cu50热电阻，我们只要将所得到的电阻值除以2就可以了。标准铂热电阻的模拟方法与此相同。这样我们就得到了标准热电阻的电阻值，用标准热电阻所测的温度在数据库中查找就应该和我们所测的实际温度一致。
5.3.2 被校验热电阻的模拟
我们应用公式计算、公式计算与调用数据库相结合两种方法来模拟被校验热电阻的测温过程。对于铜热电阻我采取模拟油浴加热的方法，铂热电阻采取模拟管式加热炉加热的方法。
（1） 公式计算方法：
现在已经选择好了被校验热电阻的模拟公式，那么，可以直接用公式来模拟被校验热电阻的测温过程。即通过热电阻的温度—阻值计算公式，由实际温度计算出电阻值，模拟被校验热电阻在此温度下的电阻值；再由阻值—温度的反计算公式，计算出温度，模拟被校验热电阻所测的温度。
（2）公式计算与数据库相结合的方法：
通过公式计算得到热电阻在某一温度下的电阻值，再通过阻值调用数据库来得到被校验热电阻所测的温度。数据库的调用原理同模拟标准热电阻的原理是一样的。只不过它直接采用了模拟标准热电阻时调用数据库得到的数值，在特殊点做了特殊处理。例如：在模拟标准热电阻时，得到的是数据库中两行的数据，而被校验热电阻的阻值又不在这两行数据之内，这种情况只有数据库边缘的几个点产生，因此，我在这些点做了特殊的处理。
软件的功能及应用
开始运行软件，将会看到图(5-1)这个窗体。根据我们要检测的热电阻的类型点击相应的按钮，即可进入相应的校验界面。
软件的操作过程：
以Cu100铜热电阻为例，假设所测实际温度为125℃。
（1）点击“进入铜热电阻校验”按钮，则进入了如图(5-2)的铜热电阻的校验界面。选择热电阻的类型为Cu100；
（2）点击“被校验铜热电阻阻值”按钮我们就可以获得相应被校验热电阻的电阻值；
（3）点击“标准铜热电阻阻值”按钮就可以出现如图(5-3)的铜热电阻数据库调用界面。因为实际温度为125℃，在120℃~130℃之间，因此对应的选择120℃和130℃。点击旁边的按钮，即回到了(5-2)界面，同时也得到了标准铜热电阻的阻值.
（4）点击“被校验铜热电阻所测温度”按钮，就获得了被校验热电阻所测的温度。
（5）点击“标准铜热电阻所测温度”按钮就会获得标准铜热电阻所测得的温度，同时我们可以得到被校验铜热电阻相对于标准铜热电阻的阻值与温度的相对误差。
（6）分析被校验热电阻与标准热电阻间的相对误差，若不超差，则这一测温点的Rt合格。
至此，在125℃这一温度点上的Cu100铜热电阻的校验就完成了。
由于铜热电阻的测温范围是-50~150℃，铂热电阻的测温范围是-200~850℃。所以当运行此软件时，若输入的温度超出热电阻的测温范围，则软件会自动弹出一个对话框，提示操作者所测温度超出热电阻的测温范围。这样有利于操作者正确地对热电阻进行校验。在计算窗体中我们可以选择查看热电阻分度表如图5-4，能方便操作者直接地看到温度与阻值间的对应关系，也可以通过它来验证校验的结果是否正确。在数据库调用窗体上还附有被校验热电阻的类型及所测的实际温度，以方便操作者选择温度范围。
图（5-1）课题介绍界面
图（5-2）铜热电阻的校验窗体界面
图（5-3）铜热电阻的数据库调用界面
图（5-4）Cu50铜热电阻分度表界面
第6章 结论
本文基于热电阻的比较校验方法，应用计算机语言（VB）编制了软件，模拟新国际标准下的热电阻校验过程。通过对Cu50，Cu100，Pt10，Pt100热电阻在其测温范围内的模拟校验，得出以下结论：
1、应用公式计算模拟被校验热电阻测温的方法，程序运行的结果与公式的正确性（JB/T8622-1997热电阻分度表）相一致，说明可以用这种方法来模拟新过国际标准下热电阻的校验过程（所选用公式正确，且其能够用于热电阻的温度—阻值转换计算）。
2、应用公式计算与调用数据库相结合的方法模拟被校验热电阻测温的方法，程序运行的结果与JB/T8622-1997热电阻分度表相一致，说明采用此方法亦能模拟新国际标准下的热电阻校验过程。
通过对热电阻校验的模拟实验及数据的分析，此软件能够在新国际标准下模拟热电阻的校验过程。
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致 谢
在张天春老师的精心指导下，经过了三个月的构思、编程、撰写论文，我完成了本专业的毕业设计，在此向他表示最衷心的感谢。
在本文撰写期间张老师严谨治学的作风以及他对学生的认真辅导、亲切关怀给笔者留下了深刻的印象。他对科学严谨求实的精神，将对我以后的工作和学习产生深远的影响。
本文在撰写期间亦得到平静、朱玉树等同学的大力帮助，在此向他们表示感谢。
由于水平有限，时间紧迫，这次设计一定有许多不妥之处，敬请各位老师批评指正。
附录1
Pt10铂热电阻分度表
附录2
Pt100铂热电阻分度表
附录3
Cu50铜热电阻分度表
附录4
Cu100铜热电阻分度表