石墨电极电阻率的测量

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1、? 年塑? 炭紊技 术 石墨电极电阻率的测量 张欣年 ?吉林炭素总厂 吉林 ? ? 摘要 电阻率是电极的一个重要物理参数 。 文中对电阻率 的测?原理 、 电流密 度的选择 、 电阻率测? 对测? 装里的基本要求等问题进行了探讨 。 关镇词 电阻率电流密度 测量装里 ? 石墨电极的电阻与测?方法 电阻 率是反映电极物理特性的一个重要参 数 , 电极本体的电阻对测量装置的设计又是一 个最基本的参数 , 因此在 设计测量装置时 必须 对电极电阻进行计算 , 以便确定电源容量 。 设 电极端头为圆柱形 , 其纵 向截面如图 ? 。 为便于 分析计算 , 可将电极的电阻视为一串联电阻之 和 。 可一?

2、 一一?一 ? ? ? ? ? , ?匕一目 ?习匕 ? ? ? ? 十? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 将相关参数值代入上述公式 , 即可求得电 极的电阻 。 由于电极的电阻率和实际 长度是在一定范 围内变化的 , 所以必 须考虑 电极电阻的极小值 和极大值 。 在设计或选择整流装置时必 须留出 一定的电流裕量 , 以保证整流装置在电阻很小 的情况下能够正常工作 。 电阻率的测量实际上是通过物理方法对电 阻的测量 , 然后经过计算求得 电阻率 。 通常采 用电流电压法 , 即测量通过电极本身的电流及 其电压降 , 据此计算出电阻和电阻率 。 见图 ? 。 ? ? 、? 一一一一 ? ?

3、 一一一上 ? ? ? 图 ? 电极电阻示意图 电极端头截面积 ? ? 。? ? ?一?, ? 二? ? 由导体电阻公式 ? ?一? ? ? ? ? ? ? ? ? ? , ? ? ? 一? ? ? 电极截面积 ? ? 。一? ?, 耐? ? ? ? ? ? 。? ? ? ”二 ?式中 ? 为电阻率? 因为电极两端几何形状相同 , ? ? 一? ?。 所以 , 电极整体的电阻 ? 被被测 电极 极 整整流电源 源 图 ? 电流电压法示意图 为了得 到精确 的测量结果 , 要求测量器具 及 测量仪表具有较高的精度和分辨率 , 否则难 以得 到准确结果 。 根据欧姆定律可知 , 电极在测量时所通过

4、 ? ? 年附 ? 由于测 量精度和示值分辨率都很高的数 字 式 测量仪表的广泛应 用以及计算机技术在工业 过程控制的应用 , 使得 测量的精度和自动化程 度有了很大提高 。 因此选用大电流密度进行 电 极电阻率测量的优越性就不再那样明显了 。 表 ? 不同电流密度下的测? 结果 电压电流电阻率电压电流电阻率电压 电流 电阻率 ? ? ”? ? ? ? 林? ? ? ? 拼口 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ! 。 ? ? ? ?

5、? ? ! 。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?! ? ? ? ? ? ? ? ? 一? ? ?了 ?,? ? ! ? 曰 ?廿 污? ? ? 八八曰? ? ?了口?了户? 二? 仄? ? ?乃?了 , ?了 ? 内?内? ,一?口? ?,自,?,? ? 乙? 的 电流与电极上所加的 电压 成正比 。 在 电源电 压 一定 时 , 不 同的电极因其本身 电阻 的不 同测 量时所通过的电流与电极的 电阻成反比 。 实际上 用 于电阻率测量所用 的整流电源其 负载特性较软 , 一般不具备稳流稳压性能 , 当 电源与被测 电极接通时 , 电源 电压迅速下

6、降 , 其 值为卡盘接触电阻 和电极电阻 压降之 和 ? ? 电源? ? 接触 电阻?电 极电阻 同时受交流电源波动的影 响 , 通过电极的电流 和降落在电极上的电压也是不稳定的 。 特别要 注意的是整流电源一般采用六相 整流 , 其输出 并非平滑直流 , 因此 , 测量装置必须有较快的 信号采集和处理速度 , 才能保证测量的准确性 。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ! ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

7、? ? ? ? ? ? ? ? ? 电极测量时电流密度的选择 关于电流密度的 选 择 , 在 国 家 标 准 ? ? ?一? ?炭素材料电阻率测定方法? ? ? ? ? 中是这样表述的 ?“在 电阻测量中 , 测 量电流会 使试样温度升高 , 因此要求测量时间短 ?不得 超过 ? ? ? 电流密度低于 ? ? 。 以保证因 发热引起的 电阻变化率不超过士? ? ? 。” 遗憾 的是 , 其 中给出了电流密度选择的上 限 , 至于 电流 密度下限以及推荐值或最佳值尚未 提 及 。 这就不 能不使我们产 生这 样一个问题 ? 电流密 度究竟选多大为好 。 一般情况下 , 人们认为电流密度选大一点

8、好 , 尽可能取上 限 。 这种考虑 当然有 一定 的道 理 , 主 要是在大电流条件下可以在电极上获得 较大的电压降 , 便于 测量仪表对电压进行测 量 , 既便在 ? ? ? 条件下 , 整根 电极 的电压降也 只有几十毫伏 , 这对于分辨率较低的指针仪表 来说 , 在 电压读取这一点上 确有其 实际 意 义 。 但 在获得这种便利 的 同时 , 又造成了新的 矛盾 。 假 设测量装置 最大测 量尺寸为 中? ? 规 格 产 品 , 整 流电源应有 ? ? ? 的输出能 力才能满足 要 求 , 那么电流表至少要选 ? ? ? 或 ? ? ? ? 测量 范围的仪表 。 用 指针式仪表读取 ?

9、 ? ?一? ? ? 这样大的电流时 , 就会因分辨率低而造成较大 的视值误 差 。 表 ? 是直径为 ? ? ? 电极在 不 同电流密 度 下的 测量结果 , 从中可以看出这根电极的电 阻率在 ? ? ? ?一? ? ?林? ? ? 之 间 。 若按 ? ? ? ? 的电流 密 度 来 测 量 的 话 , 测 量电流 应 当 为 ? , 但事实上测量电流低于其 ? ? 或 ? ? 仍 可获得满意结果 。 大的 电流密 度对整流 电源 的容量要求随 着 电极 产 品规格 的 增大出现了不 断 增 加的趋势 , 如图 ?所示 。 如按 ? ? 的标准来计算的话 , 产 品规格达到? ? ? 时

10、? 整流 电源至少要 有 ? ? ? ? 的 电流输出能力 。 ?面 ? ? ? ? ? ? ? ? ?帅 。 ?日? ? ? ? ? 八? ? ?卜 ? , 八? ? 喊 卜 明 璐 廷钾钾 500600 产品规格 , mm 700800 图3电源容量上升趋势图 随着电源容量的增大 , 对工厂电力系统容 量 、 占地面积 、 设备购置费用的需求呈上升趋 势 。 因此 , 降低电极测量的电流密度不仅在技 术上是可行的 , 而 且经济意 义也是显而 易见的 。 年附5炭素技 术 因 此 , 是 否可以将测量时的电流密度由 IA/ cm 降低到 0.4一0.6A / c m Z, 这样既可以满 足

11、测量的精度要求 , 又可以降低能源消耗和设 备的投 资 。 这里为什么只给出了一个电流密度选择的 范 围呢?因为 产 品检验过程 不 同于试验室的实 验过程 , 由于电极 电阻的离散性所致 , 测量过 程中想要精确获得预先设定的电流密度几乎是 不可能 的 , 因此只能是一个范围 。 3 设计测量装置的基本原则 电阻率是反映产品质量的重要指标之一 , 对指导生产具有重要意义 。 因此有关厂家对此 十分重视 , 做了大量工作 , 开发了各种电阻率 测量装置 , 这对于保证测量精度和提高检测过 程的 自动化程度具有重要意 义 。 测量装置一般包括机械运输及传动机构 、 整流装置 、 控制装置及仪表

12、。 其设计的基本原 则无非是 : 第一 , 要有较高 的测量精度和 良好 的重 复性 。 第二 , 较高的自动化水平和简单的 操作方法 。 对于测量 装置各部分的具体要求分 述如下 : 测量过程 对机械装置 的要求 l )机械传动机构应 能平稳和无冲击地传送 电极 。 2 ) 尽可能少 的 电极举升过程 。 3 )卡盘应有 足够的压力 , 以保证卡盘与电 极良好的紧密接触 。 测量过程对整 流电源的 要求 l )整 流输出稳 定 , 波纹系数小 。 2 ) 便于调节 。 测量过程对仪表的要求 l ) 测量精度一 0.1% 。 2 ) 分辨率不低于 100件v , 最好选用分辨率 在 loov

13、的仪表 。 3 ) 较快的测量速度 。 测量过程对控制系统要求 1 ) 操作简单 。 2 ) 便于维护 。 3 ) 可靠性高 。 R ESISITIVIT Y M E A S U RE M E N TOF GRA P H ITEEIECTRO D E S Zh an gX执n她n (J砚坛 n C a尹b 佣 Pla称忿 , J砚玩13 2 0 0 2) A bstra etTh e re si s ivity 1 5a n imPo rta ntP h ysieal Pa ram ete r ofea rbo nel eetrde T h e P r in c iP l e o f res i s itivi t y m easure m en t , seleet io no f eurren t d ens it y an d r e q ues ts f or m es ur e m en t e q u i P m e n t are dis - eusse din t h e P a P er . K ey w or d sr es ist ivi t y , eurren td ens i ty , m esasure m en t e q u iP m e n t