高温低温环境试验箱测试电阻器阻值稳定性实验

一、实验目的

二、实验设备

1. 高温低温环境试验箱：能够控制温度范围，低温可至 - 60℃，高温可达 150℃，温度波动度在 ±0.5℃以内，确保实验过程中温度环境的精确性和稳定性，有效模拟电阻器可能面临的极端温度条件。

2. 精密数字万用表：测量电阻的分辨率至少为 0.01Ω，测量精度达到 ±0.05%，可精确测量电阻器在不同温度下的阻值变化，保证测量数据的准确性和可靠性。

3. 温度传感器：精度为 ±0.1℃，用于监测试验箱内的实际温度，以便在实验过程中实时掌握温度变化情况，确保实验数据与设定温度的一致性。

4. 数据采集系统：具备高速数据采集能力，采样频率可设置为每秒 1 次至 10 次，能够自动记录精密数字万用表测量的电阻值以及温度传感器监测的温度值，方便后续数据处理与分析。

三、实验样品

四、实验步骤

（一）常温阻值测量

1. 将电阻器样品放置在实验室内的稳定环境中（温度控制在 25℃±2℃），使其达到热平衡状态，时间不少于 30 分钟。

2. 使用精密数字万用表依次测量每个电阻器样品的阻值，记录测量值为 R₀₁、R₀₂、…、R₀ₓ（x 为样品数量），测量过程中应确保万用表的表笔与电阻器引脚接触良好，避免接触电阻对测量结果产生影响。

（二）低温环境测试

1. 将电阻器样品小心放入已预先设置为 - 60℃的高温低温环境试验箱内，将温度传感器放置在靠近电阻器样品的位置，以准确监测试验温度。

2. 待试验箱内温度稳定在 - 60℃后，保持 2 小时，使电阻器充分适应低温环境并达到热平衡状态。

3. 使用精密数字万用表通过试验箱的测试接口连接电阻器样品，测量其在 - 60℃下的阻值，记录为 R₁₁、R₁₂、…、R₁ₓ。在测量过程中，同时记录温度传感器测量的实际温度值 T₁₁、T₁₂、…、T₁ₓ，确保测量时的温度条件符合要求。

（三）升温过程测试

1. 设置高温低温环境试验箱以每分钟 5℃的速率升温，在升温过程中，每隔 10℃，使用精密数字万用表测量一次电阻器样品的阻值，并记录相应的温度值。例如，在 - 50℃、- 40℃、- 30℃等温度点进行测量，记录阻值为 R₂₁、R₂₂、…、R₂ₓ（对应 - 50℃），R₃₁、R₃₂、…、R₃ₓ（对应 - 40℃）等，以及温度值 T₂₁、T₂₂、…、T₂ₓ，T₃₁、T₃₂、…、T₃ₓ等。

（四）高温环境测试

1. 当试验箱温度升至 150℃后，保持 2 小时，使电阻器在高温环境下达到热平衡状态。

2. 测量电阻器在 150℃下的阻值，记录为 R₄₁、R₄₂、…、R₄ₓ，同时记录温度传感器测量的实际温度值 T₄₁、T₄₂、…、T₄ₓ。

（五）降温过程测试

1. 设置高温低温环境试验箱以每分钟 3℃的速率降温，在降温过程中，同样每隔 10℃，使用精密数字万用表测量一次电阻器样品的阻值，并记录相应的温度值，如在 140℃、130℃、120℃等温度点进行测量，记录阻值和温度值，方法同升温过程测试。

（六）数据整理与分析

1. 整理实验过程中记录的所有数据，包括不同温度下（常温、低温、升温过程、高温、降温过程）各个电阻器样品的阻值测量数据以及对应的温度数据。

2. 对于每个电阻器样品，计算其阻值变化率：
   
   其中，为不同温度下的测量阻值，为常温下的初始阻值。绘制阻值变化率 - 温度曲线，分析不同类型、不同标称阻值和功率等级的电阻器在高温低温环境下的阻值变化规律，确定阻值随温度变化的趋势（如正温度系数或负温度系数）以及变化幅度的大小。

3. 比较不同类型电阻器在相同温度条件下的阻值稳定性，评估哪种类型的电阻器受温度影响较小，更适合在对温度稳定性要求较高的电路中使用。同时，分析电阻器功率等级与阻值稳定性之间的关系，探讨功率大小是否对电阻器在高温低温环境下的性能表现产生显著影响。

五、实验报告

1. 实验报告应包括实验目的、实验设备、实验样品、实验步骤、实验数据及分析结果等内容。

2. 在实验数据及分析结果部分，需详细列出不同温度下各电阻器样品的阻值数据和计算得到的阻值变化率数据，并通过绘制清晰的图表（如阻值变化率 - 温度曲线）直观展示电阻器阻值随温度的变化情况。深入分析温度对电阻器阻值稳定性的影响机制，总结不同类型和参数电阻器在高温低温环境下的性能特点和差异。

3. 根据实验结果，提出针对电阻器在不同温度环境下应用的选型建议，以及在电路设计中考虑电阻器温度效应时的补偿措施，为电子工程师在电路设计和电阻器选用方面提供有价值的参考，以提高电子电路在不同温度环境下的可靠性和稳定性。

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