材料电阻率的测量

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1、实验 材料电导率的测量 一、目的要求 1了解材料的电阻率、电导率的测量方法 1. 掌握材料电导率与电阻率的关系 2加深理解影响材料导电性能的因素 二、基本原理 欧姆定律 SLR = 式中 R 为导体的电阻， L、 S 分别为导体的长度和横截面积； 为导体的电阻率，电阻率与材料本质有关。 电阻率的单位： m ， cm ， cm，工程技术上常用 mm2/m。它们之间的换算关系为 1 cm = 10-9 m = 10-6 cm = 10-2 mm2/m 电阻率与电导率关系为 1= 的单位为西门子每米 S/m。 电性能的测量主要是测量材料的电导率 及电阻率 。 影响材料电阻率的因素 1）材料电阻率与温

2、度的关系 电阻率与温度的关系为 t = o （1+ T） 上式一般在高于室温下对大多数材料适用。 2） 合金化与电阻率的关系 当溶入第二相溶质时，溶质破坏了溶剂原有的晶体点阵，使晶格畸变，从而破坏了晶格势场的周期性，增加了电子散射几率，使电阻率增高。 根据马西森定律 = 0 + 0-固溶体溶剂组元的电阻率 -剩余电阻， = C C杂质原子含量， -1%原子杂质引起的附加电阻。 与溶质浓度和温度有关，随溶质浓度的增加， 偏离严重。 诺伯利定则 = a + b (Z)2 a、b 是随元素而异的常数，Z- 溶剂和溶质间的价数差。 3） 电阻率与压力的关系 压力使原子间距缩小，能带结构发生变化，内部缺

3、陷、电子结构都将改变，从而影响金属的导1电性。电阻率与压力的关系： p= o (1 + p) o-真空条件下的电阻率； -压力系数为负值，数量级在 10-510-6。 4）冷加工对电阻率的影响 冷加工变形使金属的晶格发生畸变，增加了电子散射几率，使材料的电阻率增加；同时冷加工变还会引起金属原子间的键合的改变，导致原子间距的改变。 根据马西森定律，冷加工金属的电阻率可写成 = + M M表示与温度有关的退火金属的电阻率，是剩余电阻；实验表明与温度无关。 5）缺陷对电阻率的影响 大量空位、间隙原子、位错等晶体缺陷，引起点阵周期势场的破坏，使电阻率增加。根据马西森定律，缺陷引起电阻率的增值 等于 =

4、 +空位位错空位为空位对电子散射引起的电阻率增量； 位错为位错对电子散射引起的电阻率增量。 6）电阻率的尺寸效应和各向异性 当导电电子的自由程同试样尺寸是同一量级时, 材料的导电性与试样几何尺寸有关。对于金属薄膜和细丝材料的电阻尤其重要。因为电子在薄膜表面会产生散射，构成了新的附加电阻。 0 d =+ 薄膜试样的电阻率 d = (1+L/d) -为大尺寸试样的电阻率。 -试验表面的电子自由程， -薄膜厚度。 L d电阻率的各向异性通常在对称性较高的立方晶系中表现不明显，但在对称性较差的六方、四方、斜方晶系中，导电性表现为各向异性。电阻率在垂直或平行于晶轴方向数量有所差异。 三、仪器与测量 实验

5、一、 电导率 的测量 一、实验目的 通过测试金属材料的电导率 ，了解金属材料的导电特性；认识不同种类的金属材料以及它们的合金的电导率。通过测量合金的电导率考察合金元素对材料电导率 的影响。了解涡流电导仪的使用方法，掌握相对电导率（IACS% ）的计算。 二、涡流电导仪简介 金属材料的电导率 的测量采用涡流电导仪进行测量。工程应用中常用相对电导率（ IACS%） ，它表示导体材料的导电性能。国际上把标准软铜在室温 20。C下的电阻率 = 0.01724 2mm2/m的电阻率作为 100%，其它材料的电导率与之相比的百分数为该材料的相对电导率。 涡流导电仪用于测量有色金属材料的电导率。其中，750

6、1 适用于金、银、铜、铝、镁、锌黄铜等金属及其舍金 7502 适用于青铜、钛合金、不锈钢等。 涡流导电仪也用于与材料电导率直接有关性质的间接测了量。例如：7501 可用于铜、铝等铸件的检验，铜铸件中某元素含量（如磷合量、氧合量）的分析，铝合金铸锭中的铜偏析，不同牌号合金的混料分选，某些合金的硬度、抗拉强验。 三、仪器与样品 图 1 测试装置图， 方框图 图 2 测试装置电路原理图 振荡器是由 3DG6 晶体三级管及石英晶体谐振器组成电感反馈三点式振荡器。由于采用了石英晶体这种具有高Q值的谐振元件，故具有较高的频率稳定度（可达 10-9）。 为减少负载对谐振回路的影响，仪器设有缓冲级（功率放大器

7、） ，它由二只（3DG6）三级管组成乙类推挽放大，以保证有足够的振幅和稳定的频率，并减小波形的失真。 交流电桥是本仪器的核心部分，电路结构如图所示： 3 图 3 测试电导率电路结构图 L1 为探测线圈，L2 为补偿线圈，C2 为可调电容，根据电桥原则；当 L2L2，C1C2 时，桥路达到平衡，输出电压为零。 若探测线卷 L1 放在金属块上，线圈电磁场就在金属表面感生涡流，涡流大小与被测金属电性有关。涡流磁场（或称感生磁场将减弱探测线圈的磁场，被测金属导电性不同,减弱程度也不一样，探测线圈磁场的变化势必破坏电桥的平衡，当重新调节 C2 时，可使电桥达到新的平衡。如果把 C2 的量值同金属导电率联

8、系起来，就可以从 C2 的转角分度上直接读出经过预先校准的电导率绝对值。 电桥输出的交流信号经两只 2CK4 晶体二级秘分别检波后送入差动直流放大器进行比较放大。直流放大器由两只 3DG6 晶体三级管组成。电桥的平衡由电表指示。 四、使用方法 1、准备工作 （1）用姆指下掀，上推机盖下端，打开仪器盖，取下带探头的电缆。 （2）把右下方的旋钮扳向“电池”位置，电表指针应揞于红色标记区，如果指针在红色区域左方，应更换电池。 （3把旋钮扳到“测量 I”或“测量 II”位置。后一位置电表指示灵敏度较高，更适于相对值测量。 2、仪器校正 校正工作目的是使电导率分度盘读数和标准试块的电导率对准。两个标准试

9、块的电导 率己打印在试块边缘上，一个试块电导率值较高，另一个电导率值较低，分别校准电导率分度盘上对应的红线标记，为此 （1）把探头放在高值电导率试块上的中心位置，转动电导率分度盘旋钮，对淮高值端红线，用电表右下方“高值校正”旋钮调节电表指针到零位。 （2）把探头放在低值电导率试块上的中心位置，转动电导率分度盘旋钮；对准低值端红线，用电表右下方“低值校正”旋钮调节电表指针到零位。 反复上述步骤躁作 23 次，仪器即校正好了，就可用于电导率试块的测量。 仪器使用时间若较长，应经常重复校正操作。 3、试件测量 （1）电导率值的测量： 如果试件材料厚度在 lmm 以上，且有一个不大的平坦面积（直径大于

10、 10mm）即可进行电导率值的测量，把探头放在试件的平坦部位，转动电导率分度盘，使电表指针为零，电导率值即可从分度盘上读出。 （2）电导率相对值测量： 4 如果试件材料较薄，且无平坦表面时，只能进行比较试验。这时探头应放在同形状，同尺寸试件上的同一部位，转动电导率分度盘，使电表指针为零，可比较电导率的差异。 （3） “偏转法” 在快速分选中似口混料、硬度、金属纯度、过热过烧等） ，不必在每次测量时旋转导电率平衡电表揞示，只需要对此感兴趣的电导率将电表指示调到零，其后测试仅观察电表揞针的偏转。这种方法适用于对电导率微小变化需高精度分辩，而对电导率值元需了解的情况。 4、注意事项 电池无电压时的故

11、障现象 表头指针无指示： 即面板上“波段开关”扳到“电池”档或在“I”档时，表针不对。 排除：检查电池盒内电池是否接触良妤。 电池供电不足的故障现象 表头指针指示不正常： 微起即在“电池”档及“I”档表头指针偏离量较小； 突起即在测量“I”档时指针会突然跳动； 缓慢即在测量“I”档时指针慢慢位移。 排除：更换新电池。 五、数据及处理： 样品 电导率测量值 m/ mm2电阻率 mm2/ m 相对电导率%IACS 1# 紫铜 2# 磷铜 3# 铅黄铜 4# H62 铜 5# 锆铬铜 6# 铝 7# AgSnO2(1)将测得的纯金属、合金和复合材料的电导率数据填入相应格中； (2)用所得的测试数据分

12、别计算各试样的相对电导率和电阻率； (3)根据实验结果分析铜和合金导电性的差距和成分的关系。 (4)对实验中出现的一些问题进行讨论。 5实验二、高电阻率测量 一、实验目的 通过测试电阻率，了解陶瓷材料的导电特性，以便正确地认识、改进与使用该 材料；了解超高值绝缘电阻测试仪( 简称高阻仪) 的基本原理，掌握使用高阻仪测 定陶瓷材料的体积电阻，表面电阻和绝缘电阻的方法；了解影响测试结果的因素。 二、实验仪器 1ZC36 型高阻计简介 ZC36型高阻计是一种直流式的超高电阻计和微电流两用仪器。仪器的最高量限 1017电阻值和 10-14A微电流。 适用于科研、工厂、学校、对绝缘材料、电工产品、电子设

13、备以及元件的绝缘电阻测量和高阻兆欧电阻的测量，也可用于微电流测量。 2技术指标 （1 ） 工作电源： 电压 220V 频率 50Hz 消耗功率：15W （2 ） 测试电压及测试范围： 1 高电阻的测试电压： （1 ） 电压共分五档：10、100、250、500、1000V （2 ） 电压偏差：不大于 5% （3 ） 电压稳定度：不大于 0.2% 2 高电阻测量： （1 ）测量范围：1 106 1 1017共分八档 3 微电流测量 （1 ）测量范围：1 10-5 110-14A共分八档 （2 ）电流极性：“+ ”或 “- ” （3 ）仪器的零点漂移： 一起在稳定的工作电压及无信号输入时（输入短路

14、）；通电一小时后，在 8 小时内零点漂移不大于全标尺 4% 。 （4 ）仪器的时间响应：小于 30 秒 （4 ） 仪器可连续工作 8 小时 三、测试电路原理： 仪器作为高电阻测量时其主要原理如图所示，测试时，被测试样与高阻抗直流放大器的输入电6阻串联并跨接于直流高压测试电源上（由直流高压发生器产生）。高阻抗直流放大器将其输入电阻上的分压讯号经放大输出至指示仪表，由指示仪表直接读出被测绝缘电阻值。 仪器作为微电流测量时，仅利用高阻抗直流放大器，将被测微电流讯号进行放大，由指示仪表直接读出。 流过试样的电流IR为： ixRRURI+= xRU式中： U 一测试电源输出电压； Rx一试样电阻； Ri

15、一微电流放大器的等效输入阻抗。 电路结构：主要由下列五部分组成 1 直流高压测试电源：10、100、250、500、1000V 五档。 2 测试放电装置( 包括输入短路开关) ：将具有电容性较大的试样在测试前后进行充电和放电，以减少介质吸收电流及电容充电时，电流对仪器的冲击和保障操作人员的安全。 3 高阻抗直流放大器：将被测微电流讯号放大后输入至指示仪表。 4 指示仪表：作为被测绝缘电阻和微电流的指示。 5 电源：供给仪器各部分工作电源。 高阻仪应满足下列要求： (a)测量误差小于 20； (b)零点漂移每小时不应大子全量程的 4； (c)输入接线的绝缘电阻应大于仪器输入电阻的 100 倍； (d)测试电路应有良好的屏蔽。 三、计算公式： h