第三章材料的導電性能

實驗一材料導電性能的測量天津大學材料學院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兩點的導線電阻和接觸電阻。當測量低電阻時，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，只有當被測電阻相對于導線電阻和接觸電阻相當大時，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2.雙電橋法

雙電橋法是目前測量金屬室溫電阻應(yīng)用最廣的方法，用于測量低電阻（10210-6）。雙電橋法測量時，待測電阻Rx和標準電阻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點連接檢流計G，那么測量電阻Rx歸結(jié)為調(diào)節(jié)R1R2R3R4電阻使電橋達到平衡，則檢流計為零G=0VD=VB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，而導線的電阻足夠?。ㄟx用短粗的導線），這樣使趨向于零，則附加項趨近于零，上式近似為：

=當檢流計為零時，從電橋上讀出R1、R2而RN為已知的標準電阻，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。當一恒定電流通過試樣和標準電阻時，測定試樣和標準電阻兩端的電壓降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體材料或超導體等的低電阻率的測量。常用于半導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。

一、目的要求

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

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率（IACS%），它表示導體材料的導電性能。國際上把標準軟銅在室溫20。C下的電阻率

=0.01724mm2/m的電阻率作為100%，其他材料的電導率與之相比的百分數(shù)為該材料的相對電導率。

片狀樣品

管（環(huán)）狀樣品

三、電阻率的測量

1、高電阻率測量

測定陶瓷材料和高分子材料的體積電阻、表面電阻實驗儀器

ZC36型高阻計是一種直流式的超高電阻計和微電流兩用儀器。儀器的最高量限電阻值1017Ω，微電流10-14A微電流。適用對絕緣材料、電工產(chǎn)品、電子設(shè)備以及元件的絕緣電阻測量和高阻兆歐電阻的測量，也可用于微電流測量。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。

計算庸公式虹：(1肚)式中拆：π—炕3.技14請16；r一測策量電它極的狹半徑(c視m)；h一陶殲瓷試云樣的捕厚度(c現(xiàn)m)。(2畝)式中π—小3.垂14匠16；D2一保疾護電慚極的斃內(nèi)徑(c釘m)；D1一測遲量電股極的負直徑(c查m)；1n一自相然對向數(shù)。數(shù)據(jù)通及處夕理(1容)用所甩得的那測試市數(shù)據(jù)蠟分別中計算簽各試查樣的抖體積籌電阻谷率ρV，詢及酸表面揀電阻郊率ρS，將斜計算嘩結(jié)果狂填入飼下表陵的相他應(yīng)格政內(nèi)．(2宣)根據(jù)逐所做慕實驗跌試分蹦析產(chǎn)剖生誤喜差的率原因草，及央采取哥哪些擊縮小做誤差路的措糧施。(3突)對實擺驗中亦出現(xiàn)扔的一致些問澆題進鈴行討基論。材料烈的電文阻率試樣扔號剪陶瓷聚丙獄烯體積筒電阻嚴值Rv表面鹿電阻醉值Rs試樣定厚度h（cm）0.患14狹0身.1錫1測量園電極雜直徑D1（cm）2.及2池5.警0保護柄電極譽內(nèi)徑D2（cm）5.軍4體積鉗電阻總率ρV表面挎電阻侄率ρS金屬棉材料辣電阻逝率的苦測量渦流能電導昆儀簡錘介金屬壺材料期的電冊導率稼的測罪量采暴用渦誓流電源導儀命進行冷測量伐。渦流貓電導扶儀有比兩種蔽，主濱要用喜于測炭量金屑屬材攤料的維電導藥率。75特01適用取于金轟、銀亞、銅許、鋁時、鎂蹈、鋅叮等的火金屬味及其熄合金影；75乓02適用尺于青毫銅、愛鈦、跳不銹匆鋼等錘。測試死電導椒率電店路結(jié)吵構(gòu)圖測試巧裝置型電路協(xié)原理按圖使用磁方法儀器揀校正校正川工作坊目的洗是使按電導銀率分烘度盤唱讀數(shù)換和標滅準試披塊的膨電導盼率對臨準。瀉兩個勺標準惕試塊除的電導晨率己打藝印在鐘試塊大背面喝，一砍個試穗塊電此導率揉值較軍高，脖另一券個電死導率繞值較極低，競分別便校準乖電導序率分嫂度盤棚上對茄應(yīng)的瀉紅線點標記嚼，為浮此（1）把掃探頭汪放在稼高值鞋電導詠率試麻塊上潛的中舉心位利置，脹轉(zhuǎn)動梢電導雕率分饒度盤丸旋鈕凈，對磨準高偶值端秘紅線須，用朗電表窩右下泉方“約高值作校正賢”旋伴鈕調(diào)鞠節(jié)電幫表指拖針到妻零位才。（2）把膜探頭譽放在情低值奸電導億率試勁塊上龜?shù)闹信e心位規(guī)置，兄轉(zhuǎn)動嚷電導烈率分您度盤左旋鈕蜜；對鼓準低塌值端辰紅線座，用歸電表陵右下澡方“詞低值牢校正倒”旋階鈕調(diào)像節(jié)電監(jiān)表指全針到辭零位倆。反復(fù)吐上述蒸步驟再躁作2—賢3次，輸儀器開即校亡正好壓了，統(tǒng)就可們用于磨電導朽率試披塊的駱測量齊。數(shù)據(jù)舍及處徑理樣品電導率測量值m/mm2電阻率

mm2/m相對電導率%IACS1#紫銅Cu2#磷銅Cu-P3#鉛黃銅Cu-Zn-P)4#H62銅Cu-Zn5#鉻鋯銅CuCrZr6#鋁Al7#銀合金AgSnO2