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文檔簡(jiǎn)介
實(shí)驗(yàn)一材料導(dǎo)電性能的測(cè)量材料電阻的測(cè)量方法
測(cè)量材料電阻的方法,根據(jù)材料的電阻大小不同,采用的測(cè)量方法各異。主要的測(cè)量方法:
惠斯頓單電橋法雙電橋測(cè)量法電位差計(jì)測(cè)量直流四探針法1、惠斯頓(Huiston)單電橋法
通過檢流計(jì)G的電流為零.RN、R1、R2的電阻均已知,被測(cè)電阻Rx的計(jì)算:測(cè)量中Rx被測(cè)電阻,測(cè)出的電阻包括A、B兩點(diǎn)的導(dǎo)線電阻和接觸電阻。當(dāng)測(cè)量低電阻時(shí),由于結(jié)構(gòu)和接觸電阻無法消除,靈敏度不高、測(cè)量數(shù)值偏差較大,只有當(dāng)被測(cè)電阻相對(duì)于導(dǎo)線電阻和接觸電阻相當(dāng)大時(shí),Rx才接近于。惠斯頓單電橋的測(cè)量很少用于測(cè)量金屬電阻,其測(cè)量電阻范圍通常在在10106。
惠斯頓單電橋測(cè)量原理圖為了使上式簡(jiǎn)化,在設(shè)計(jì)電橋時(shí),使R1=R3,R2=R4,并將它們的阻值設(shè)計(jì)的比較大,而導(dǎo)線的電阻足夠?。ㄟx用短粗的導(dǎo)線),這樣使趨向于零,則附加項(xiàng)趨近于零,上式近似為:
=當(dāng)檢流計(jì)為零時(shí),從電橋上讀出R1、R2而RN為已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻,用上式可求出Rx值。用雙電橋測(cè)量電阻可測(cè)量10010-6的電阻,測(cè)量精度為0.2%。在測(cè)量中應(yīng)注意:連接Rx、RN的銅導(dǎo)線盡量粗而短,測(cè)量盡可能快。3.電位差計(jì)法
電位差計(jì)法廣泛應(yīng)用于金屬合金的電阻測(cè)量,可測(cè)量試樣的高溫和低溫電阻,還可以測(cè)試電位差、電流和電阻,它的精度比雙電橋法精度高??梢詼y(cè)量10-7的微小電勢(shì)。當(dāng)一恒定電流通過試樣和標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí),測(cè)定試樣和標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓降Vx和VN,RN已知,通過下式計(jì)算出Rx
電位差計(jì)法優(yōu)點(diǎn):導(dǎo)線(引線)電阻不影響電位差計(jì)的電勢(shì)Vx、VN,的測(cè)量,而雙電橋法由于引線較長(zhǎng)和接觸電阻很難消除,所以在測(cè)金屬電阻隨溫度變化,不夠精確。4.直流四探針法
直流四探針法主要用于半導(dǎo)體材料或超導(dǎo)體等的低電阻率的測(cè)量。常用于半導(dǎo)體單晶硅摻雜的電阻率測(cè)量。四根金屬探針彼此相距1mm排在一條直線上,要求四根探針與樣品表面接觸良好。由1、4探針通入小電流,當(dāng)電流通過時(shí),樣品各點(diǎn)將有電位差,同時(shí)用高阻靜電計(jì)、電子毫伏計(jì)測(cè)出2、3探針間的電位差V23,四探針法的測(cè)量線路原理圖計(jì)算出樣品的電阻率
C是與被測(cè)樣品的幾何尺寸及探針間距有關(guān)的測(cè)量的系數(shù),稱為探針系數(shù)。單位:(cm);I是探針通入的電流。
二、基本原理
歐姆定律
電阻率與材料本質(zhì)有關(guān)電阻率的單位:m,cm,cm,工程技術(shù)上常用mm2/m。它們之間的換算關(guān)系為
1cm=10-8
m=10-6
cm=10-2
mm2/m
電阻率與電導(dǎo)率關(guān)系
的單位為西門子每米(S/m)。
工程中也常用相對(duì)電導(dǎo)率(IACS%),它表示導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能。國(guó)際上把標(biāo)準(zhǔn)軟銅在室溫20。C下的電阻率
=0.01724mm2/m的電阻率作為100%,其他材料的電導(dǎo)率與之相比的百分?jǐn)?shù)為該材料的相對(duì)電導(dǎo)率。
片狀樣品
管(環(huán))狀樣品
測(cè)試電路原理被測(cè)試樣與高阻抗直流放大器的輸入電阻串聯(lián)并跨接于直流高壓測(cè)試電源上;高阻抗直流放大器將其輸入電阻上的分壓訊號(hào)經(jīng)放大輸出至指示儀表,由指示儀表直接讀出被測(cè)絕緣電阻值。1)測(cè)量體積電阻值Rv(1)將Rv、Rs轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至Rv處。
(2)將電壓選擇開關(guān)置于所需要的測(cè)試電壓位置上,將“倍率選擇”旋鈕選至所需的位置。(3)將“放電、測(cè)試”開關(guān)放在“測(cè)試”位置,檢查電壓應(yīng)選擇的位置,打開輸入短路開關(guān)(即按鈕抬起來),讀取加上測(cè)試電壓1分鐘,指示電表顯示的電阻值。讀數(shù)完畢,將“倍率”打回“10-1”檔。2)測(cè)量表面電阻值Rs
(1)將Rv、Rs轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至Rs處。
(2)將電壓選擇開關(guān)置于所需要的測(cè)試電壓位置上,將“倍率選擇”旋至所需要的位置。(在不了解測(cè)試值的數(shù)量級(jí)時(shí),倍率應(yīng)從低次方開始選擇。)(3)將“放電、測(cè)試”開關(guān)放在“測(cè)試”位置,檢查應(yīng)選擇的位置,打開輸入短路開關(guān)(即按鈕抬起來),讀取加上測(cè)試電壓1分鐘時(shí),指示電表顯示的電阻值。讀數(shù)完畢,將“倍率”打回“10-1”檔。
(4)接入短路開關(guān),將“放電、測(cè)試”開關(guān)打回到“放電”位置。更換試樣,重復(fù)以上操作,待全部試樣測(cè)量完畢后,切除電源,除去各種連接線,按要求整理、放置好儀器。
數(shù)據(jù)及處理
(1)用所得的測(cè)試數(shù)據(jù)分別計(jì)算各試樣的體積電阻率ρV,及表面電阻率ρS,將計(jì)算結(jié)果填入下表的相應(yīng)格內(nèi).
(2)根據(jù)所做實(shí)驗(yàn)試分析產(chǎn)生誤差的原因,及采取哪些縮小誤差的措施。
(3)對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行討論。材料的電阻率試樣號(hào) 陶瓷
聚丙烯
體積電阻值Rv 表面電阻值Rs 試樣厚度h(cm)0.140.11 測(cè)量電極直徑D1(cm)2.25.0 保護(hù)電極內(nèi)徑D2(cm)5.4 體積電阻率ρV 表面電阻率ρS 金屬材料電阻率的測(cè)量
渦流電導(dǎo)儀簡(jiǎn)介金屬材料的電導(dǎo)率的測(cè)量采用渦流電導(dǎo)儀進(jìn)行測(cè)量。渦流電導(dǎo)儀有兩種,主要用于測(cè)量金屬材料的電導(dǎo)率。
7501適用于金、銀、銅、鋁、鎂、鋅等的金屬及其合金;
7502適用于青銅、鈦、不銹鋼等。使用方法儀器校正校正工作目的是使電導(dǎo)率分度盤讀數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)試塊的電導(dǎo)率對(duì)準(zhǔn)。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊的電導(dǎo)率己打印在試塊背面,一個(gè)試塊電導(dǎo)率值較高,另一個(gè)電導(dǎo)率值較低,分別校準(zhǔn)電導(dǎo)率分度盤上對(duì)應(yīng)的紅線標(biāo)記,為此(1)把探頭放在高值電導(dǎo)率試塊上的中心位置,轉(zhuǎn)動(dòng)電導(dǎo)率分度盤旋鈕,對(duì)準(zhǔn)高值端紅線,用電表右下方“高值校正”旋鈕調(diào)節(jié)電表指針到零位。(2)把探頭放在低值電導(dǎo)率試塊上的中心位置,轉(zhuǎn)動(dòng)電導(dǎo)率分度盤旋鈕;對(duì)準(zhǔn)低值端紅線,用電表右下方“低值校正”旋鈕調(diào)節(jié)電表指針到零位。反復(fù)上述步驟躁作2—3次,儀器即校正好了,就可用于電導(dǎo)率試塊的測(cè)量。數(shù)據(jù)及處理樣品電導(dǎo)率測(cè)量值m/mm2電阻率
mm2/m相對(duì)電導(dǎo)率%IACS1#紫銅Cu2#磷銅Cu-P3#鉛黃銅Cu-Zn-P)4#H62銅Cu-Zn5#鉻
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