題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。
一、考點定位與做題順序
金屬鉑的電阻在不太寬的溫度範圍裡近似隨溫度線性變化:R(t) = R0(1 + αt),R0 是 0 ℃ 時的電阻,α 是溫度係數。測溫就是測 R 再反解 t = (R/R0 − 1)/α。
麻煩出在引線上:二線制裡電流要流過兩根引線,測到的電阻是「鉑電阻 + 兩根引線電阻」。三線制通過第三條引線把引線壓降抵消掉。自編示意取 R0 = 100.0 Ω、α = 3.85×10⁻³ /℃、每根引線 0.5 Ω,參數不代表真實儀表。
二、逐題精講
題1
題1 測得鉑電阻 R = 138.5 Ω,求溫度;並求 t = 150 ℃ 時的電阻值作為標定回代。
解析
t = (R/R0 − 1)/α = (138.5/100.0 − 1)/0.00385 = 0.385/0.00385 = 100.0 ℃。
標定回代:t = 150 ℃ 時 R = R0(1 + α×150) = 100×(1 + 0.00385×150) = 157.75 Ω。也可用斜率 R0·α = 0.385 Ω/℃ 直接算:100 + 0.385×150 = 157.75 Ω,兩條路徑一致。
再驗一次線性:從 0 ℃ 到 100 ℃ 電阻增加 38.50 Ω,對應 0.385 Ω/℃;從 100 ℃ 到 150 ℃ 增加 19.25 Ω,仍對應 0.385 Ω/℃。整條標定線斜率恆定,說明題給 R 與 R150 自洽。
答案 t = 100.0 ℃;150 ℃ 時 R = 157.75 Ω;斜率 0.385 Ω/℃
採分點 寫出反解式 2 分;溫度 100.0 ℃ 2 分;R150 = 157.75 Ω 2 分;斜率法互驗 2 分;線性回代 1 分
易錯點 把 R/R0 寫成 R0/R;溫度係數用成 3.85×10⁻²
題2
題2 二線制每根引線 0.5 Ω,測量值變成多少?反推出的溫度與偏差各是多少?三線製為何能消除?
解析
兩根引線串聯進測量回路,測得 Rm = R + 2r = 138.5 + 2×0.5 = 139.5 Ω。
反推溫度 tm = (139.5/100.0 − 1)/α = 0.395/0.00385 = 102.597 ℃,比真實 100.0 ℃ 虛高 2.597 ℃。偏差也可以直接用引線電阻除以斜率:2r/(R0α) = 1.00/0.385 = 2.597 ℃,兩條路徑閉合。
三線制用第三根引線配合電橋,使兩根載流引線的壓降分別落在相鄰橋臂上相互抵消,測得的就只剩鉑電阻本身。注意這裡「偏大」的方向來自「多測了電阻」,不是鉑電阻本身變了。
回代核驗:102.597 − 100.0 = 2.597;把 139.5 代回 R(t) 反解確實得 102.597,說明偏差全部由 1.00 Ω 引線貢獻。
答案 Rm = 139.5 Ω,反推 102.597 ℃,虛高 2.597 ℃;三線制把兩根引線壓降在橋臂上抵消
採分點 寫出 Rm=R+2r 2 分;139.5 Ω 1 分;102.597 ℃ 2 分;偏差 2.597 ℃ 2 分;斜率法互驗 1 分;三線制原理 2 分
易錯點 只加一根引線;把虛高說成偏低
三、規律小結與對照表
| 量 | 理想/真值 | 二線制 | 差 |
|---|---|---|---|
| 測得電阻 | 138.5 Ω | 139.5 Ω | +1.00 Ω |
| 反推溫度 | 100.0 ℃ | 102.597 ℃ | +2.597 ℃ |
| 斜率 | 0.385 Ω/℃ | 不變 | — |
| 150℃ 電阻 | 157.75 Ω | — | 標定回代 |
小結:t=(R/R0−1)/α,本例 138.5 Ω 給 100.0 ℃;兩根 0.5 Ω 引線把讀數抬到 139.5 Ω、溫度虛高 2.597 ℃。三線制抵消的正是這 1.00 Ω。參數均為自編示意,不代表真實儀表。
四、自測清單
- 能由 R(t)=R0(1+αt) 反解溫度
- 能算標定直線斜率 R0α
- 知道二線制要加兩根引線電阻
- 能算虛高溫度與偏差
- 能用 2r/(R0α) 與兩次反解互驗
- 能說明三線制抵消引線壓降