材料物理性能課件第三章材料的導(dǎo)電性能

材料物理性能課件第三章材料的導(dǎo)電性能第一頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。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?lè)ǖ诙?yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。1、惠斯頓（Huiston）單電橋法

通過(guò)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(wú)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?；菟诡D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)量原理圖第三頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。2.雙電橋法

雙電橋法是目前測(cè)量金屬室溫電阻應(yīng)用最廣的方法，用于測(cè)量低電阻（10210-6）。雙電橋法測(cè)量時(shí)，待測(cè)電阻Rx和標(biāo)準(zhǔn)電阻RN相互串連后，串入一有恒電流的回路中。將可調(diào)電阻R1R2R3R4組成電橋四臂，并與Rx、RN并連；在其間B、D點(diǎn)連接檢流計(jì)G，那么測(cè)量電阻Rx歸結(jié)為調(diào)節(jié)R1R2R3R4電阻使電橋達(dá)到平衡，則檢流計(jì)為零G=0VD=VB第四頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。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。第五頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。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(guò)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(guò)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。第六頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。4．直流四探針?lè)?/p>

直流四探針?lè)ㄖ饕糜诎雽?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(guò)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?lè)ǖ臏y(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。

第七頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。一、目的要求

1、掌握材料導(dǎo)電性能（電阻率、電導(dǎo)率）的測(cè)量方法；2、了解電阻率和電導(dǎo)率的相互關(guān)系；3、了解高分子、陶瓷材料的體電阻、表面電阻；4、理解成分對(duì)金屬材料導(dǎo)電性能影響。

第八頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。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。

第九頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。片狀樣品

第十頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。管（環(huán)）狀樣品

第十一頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。三、電阻率的測(cè)量

1、高電阻率測(cè)量

測(cè)定陶瓷材料和高分子材料的體積電阻、表面電阻實(shí)驗(yàn)儀器

ZC36型高阻計(jì)是一種直流式的超高電阻計(jì)和微電流兩用儀器。儀器的最高量限電阻值1017Ω，微電流10-14A微電流。適用對(duì)絕緣材料、電工產(chǎn)品、電子設(shè)備以及元件的絕緣電阻測(cè)量和高阻兆歐電阻的測(cè)量，也可用于微電流測(cè)量。第十二頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。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。第十三頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。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(lái))，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。第十四頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。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(lái))，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。

第十五頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。計(jì)算公式：

(1)式中：π—3.1416；r一測(cè)量電極的半徑(cm)；h一陶瓷試樣的厚度(cm)。

(2)式中π—3.1416；D2一保護(hù)電極的內(nèi)徑(cm)；D1一測(cè)量電極的直徑(cm)；1n一自然對(duì)數(shù)。第十六頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。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(wèn)題進(jìn)行討論。第十七頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。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 第十八頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。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。第十九頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。測(cè)試電導(dǎo)率電路結(jié)構(gòu)圖測(cè)試裝置電路原理圖第二十頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。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。第二十一頁(yè)，編輯于星期六：二十點(diǎn)四十二分。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#鉻鋯銅Cu