材料物理性能第三章材料的導(dǎo)電性能課件

實驗一材料導(dǎo)電性能的測量材料電阻的測量方法

測量材料電阻的方法，根據(jù)材料的電阻大小不同，采用的測量方法各異。主要的測量方法：

惠斯頓單電橋法雙電橋測量法電位差計測量直流四探針法1、惠斯頓（Huiston）單電橋法

通過檢流計G的電流為零.RN、R1、R2的電阻均已知，被測電阻Rx的計算：測量中Rx被測電阻，測出的電阻包括A、B兩點的導(dǎo)線電阻和接觸電阻。當(dāng)測量低電阻時，由于結(jié)構(gòu)和接觸電阻無法消除，靈敏度不高、測量數(shù)值偏差較大，只有當(dāng)被測電阻相對于導(dǎo)線電阻和接觸電阻相當(dāng)大時，Rx才接近于?；菟诡D單電橋的測量很少用于測量金屬電阻，其測量電阻范圍通常在在10106。

惠斯頓單電橋測量原理圖為了使上式簡化，在設(shè)計電橋時，使R1=R3，R2=R4，并將它們的阻值設(shè)計的比較大，而導(dǎo)線的電阻足夠小（選用短粗的導(dǎo)線），這樣使趨向于零，則附加項趨近于零，上式近似為：

=當(dāng)檢流計為零時，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。用雙電橋測量電阻可測量10010-6的電阻，測量精度為0.2%。在測量中應(yīng)注意：連接Rx、RN的銅導(dǎo)線盡量粗而短，測量盡可能快。3．電位差計法

電位差計法廣泛應(yīng)用于金屬合金的電阻測量，可測量試樣的高溫和低溫電阻，還可以測試電位差、電流和電阻，它的精度比雙電橋法精度高?？梢詼y量10-7的微小電勢。當(dāng)一恒定電流通過試樣和標(biāo)準(zhǔn)電阻時，測定試樣和標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓降Vx和VN，RN已知，通過下式計算出Rx

電位差計法優(yōu)點：導(dǎo)線（引線）電阻不影響電位差計的電勢Vx、VN，的測量，而雙電橋法由于引線較長和接觸電阻很難消除，所以在測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量。常用于半導(dǎo)體單晶硅摻雜的電阻率測量。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，樣品各點將有電位差，同時用高阻靜電計、電子毫伏計測出2、3探針間的電位差V23，四探針法的測量線路原理圖計算出樣品的電阻率

C是與被測樣品的幾何尺寸及探針間距有關(guān)的測量的系數(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）。

工程中也常用相對電導(dǎo)率（IACS%），它表示導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能。國際上把標(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)為該材料的相對電導(dǎo)率。

片狀樣品

管（環(huán)）狀樣品

測試電路原理被測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試電源上；高阻抗直流放大器將其輸入電阻上的分壓訊號經(jīng)放大輸出至指示儀表，由指示儀表直接讀出被測絕緣電阻值。1）測量體積電阻值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、測試”開關(guān)放在“測試”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)置于所需要的測試電壓位置上，將“倍率選擇”旋至所需要的位置。(在不了解測試值的數(shù)量級時，倍率應(yīng)從低次方開始選擇。)(3)將“放電、測試”開關(guān)放在“測試”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)，讀取加上測試電壓1分鐘時，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)用所得的測試數(shù)據(jù)分別計算各試樣的體積電阻率ρV，及表面電阻率ρS，將計算結(jié)果填入下表的相應(yīng)格內(nèi)．

(2)根據(jù)所做實驗試分析產(chǎn)生誤差的原因，及采取哪些縮小誤差的措施。

(3)對實驗中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行討論。材料的電阻率試樣號 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量

渦流電導(dǎo)儀簡介金屬材料的電導(dǎo)率的測量采用渦流電導(dǎo)儀進(jìn)行測量。渦流電導(dǎo)儀有兩種，主要用于測量金屬材料的電導(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)率對準(zhǔn)。兩個標(biāo)準(zhǔn)試塊的電導(dǎo)率己打印在試塊背面，一個試塊電導(dǎo)率值較高，另一個電導(dǎo)率值較低，分別校準(zhǔn)電導(dǎo)率分度盤上對應(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)動電導(dǎo)率分度盤旋鈕，對準(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)動電導(dǎo)率分度盤旋鈕；對準(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)率試塊的測量。數(shù)據(jù)及處理樣品電導(dǎo)率測量值m/mm2電阻率

mm2/m相對電導(dǎo)率%IACS1#紫銅Cu2#磷銅Cu-P3#鉛黃銅Cu-Zn-P)4#H62銅Cu-Zn5#鉻