第三章材料的導(dǎo)電性能

實驗一材料導(dǎo)電性能的測量天津大學(xué)材料學(xué)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(dǎo)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(dǎo)線電阻和接觸電阻相當大時，Rx才接近于。惠斯頓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(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(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(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(dǎo)電性能（電阻率、電導(dǎo)率）的測量方法；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、理解成分對金屬材料導(dǎo)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(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(dǎo)率與之相比的百分數(shù)為該材料的相對電導(dǎo)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(dǎo)昆儀簡錘介金屬壺材料期的電冊導(dǎo)率稼的測罪量采暴用渦誓流電源導(dǎo)儀命進行冷測量伐。渦流貓電導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)銀率分烘度盤唱讀數(shù)換和標滅準試披塊的膨電導(dǎo)盼率對臨準。瀉兩個勺標準惕試塊除的電導(dǎo)晨率己打藝印在鐘試塊大背面喝，一砍個試穗塊電此導(dǎo)率揉值較軍高，脖另一券個電死導(dǎo)率繞值較極低，競分別便校準乖電導(dǎo)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(dǎo)詠率試麻塊上潛的中舉心位利置，脹轉(zhuǎn)動梢電導(dǎo)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(dǎo)億率試勁塊上龜?shù)闹信e心位規(guī)置，兄轉(zhuǎn)動嚷電導(dǎo)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(dǎo)朽率試披塊的駱測量齊。數(shù)據(jù)舍及處徑理樣品電導(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#鉻鋯銅CuCrZr6#鋁Al7#銀合金AgSnO2