材料物理性能课件 第三章-材料的导电性能

R1 R2
RN
测量中Rx被测电阻，测出的电阻
包括A 、B两点的导线电阻和接触电阻。 惠斯顿单电桥测量原理图 当测量低电阻时，由于结构和接触电阻无法消除，灵敏度不
高、测量数值偏差较大，只有当被测电阻相对于导线电阻 和接触电阻相当大时，Rx才接近于 。
惠斯顿单电桥的测量很少用于测量金属电阻，其测量电阻范 围通常在在10106。
2 .双电桥法
双电桥法是目前测量金属室温电阻应用最广的方法，用于 测量低电阻（10210-6）。
双电桥法测量时，待测电阻
Rx和标准电阻RN 相互串连 后，串入一有恒电流的回路
中。将可调电阻R1R2R3R4组
成电桥四臂，并与Rx、RN并
连；在其间B、D点连接检流计G，那么测量电阻Rx归结为调
节R1R2R3R4电阻使电桥达到平衡，则检流计为零G=0
一、目的要求
1、掌握材料导电性能（电阻率、电导率）的 测量方法；
2、了解电阻率和电导率的相互关系； 3、了解高分子、陶瓷材料的体电阻、表面电
阻；
4、理解成分对金属材料导电性能影响。
欧姆定律
二、基本原理
RL S
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 = 10-8 m = 10-6 cm = 10-2 mm2/m
电阻率与电导率关系
1
的单位为西门子每米（S/m）。
工程中也常用相对电导率（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 mm2/m 的电阻率作为100%，其他材料的电导率与之相比的百分数为该材料
Rx

RN
Vx VN
电位差计法优点：导线（引线）电阻不影响电位差计的电势 Vx、VN，的测量，而双电桥法由于引线较长和接触电阻很 难消除，所以在测金属电阻随温度变化，不够精确。
4． 直流四探针法
直流四探针法主要用于半导体材料或超导体等的低电阻 率的测量。常用于半导体单晶硅掺杂的电阻率测量。
四根金属探针彼此相距1mm排在一
计算公式：
R r2
V
Vh
(1) 式中：π—3.1416； r一测量电极的半径 (cm)； h一陶瓷试样的厚度 (cm)。
R 2
s
s
ln
D2 D1
(2)
式中π—3.1416； D2一保护电极的内径 (cm)；D1一测量电极的直径 (cm)；1n一自然对数。
数据及处理
(1)用所得的测试数据分别计算各试样的体积电阻率ρV， 及表面电阻率ρS，将计算结果填入下表的相应格内． (2)根据所做实验试分析产生误差的原因，及采取哪些缩小 误差的措施。
Rx

R1 R2
RN
=
R3 R4
RN
当检流计为零时，从电桥上读出R1 、R2而RN 为已知的 标准电阻，用上式可求出Rx值。
用双电桥测量电阻可测量10010-6的电阻，测量精度为 0.2%。
在测量中应注意：连接Rx、RN的铜导线尽量粗而短，测量 尽可能快。
3．电位差计法
电位差计法广泛应用于金属合金的电阻测量，可测量试 样的高温和低温电阻，还可以测试电位差、电流和电阻， 它的精度比双电桥法精度高。可以测量10-7的微小电势。 当一恒定电流通过试样和标准电阻时，测定试样和标准电 阻两端的电压降Vx和VN，RN已知，通过下式计算出Rx
测试电路原理
被测试样与高阻抗直流放大器的输入电阻 串联并跨接于直流高压测试电源上；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。
1）测量体积电阻值Rv （1）将Rv、Rs转换开关旋至Rv处。
(2)将电压选择开关置于所需要的测试电压位置上，将“倍 率选择”旋钮选 至所需的位置。
实验一 材料导电性能的测量
天津大学材料学院
材料电阻的测量方法
测量材料电阻的方法，根据材料的电阻大小不同，采 用的测量方法各异。 主要的测量方法：
惠斯顿单电桥法 双电桥测量法 电位差计测量 直流四探针法
1、惠斯顿（Huiston）单电桥法
通过检流计G的电流为零.
RN、R1 、R2 的电阻均已知，
被测电阻Rx的计算：Rx
VD=VB
Rx
R1 R2
RN

R4 r
R3 R4 r
( R1 R2
R3 ) R4
为了使上式简化，在设计电桥时，使R1 =R3，R2=R4， 并将它们的阻值设计的比较大，而导线的电阻足够小（选
用短粗的导线），这样使 R1 R3 趋向于零， 则附加项趋 近于零，上式近似为： R2 R4
(3)将“放电、测试”开关放在“测试”位置，检查应选 择的位置，打开输
入短路开关(即按钮抬起来)，读取加上测试电压1分钟时， 指示电表显示的电阻值。读数完毕，将“倍率”打回 “10-1”档。
(4)接入短路开关，将“放电、测试”开关打回到“放电” 位置。更换试样，重复以上操作，待全部试样测量完毕后， 切除电源，除去各种连接线，按要求整理、放置好仪器。
的相对电导率。
片状样品
管（环）状样品
三、电阻率的测量
1、高电阻率测量
测定陶瓷材料和高分子材料的体积电阻、表面电阻
实验仪器
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。仪器的最高量限电阻值1017Ω，微电流10-14A微 电流。
•
适用对绝缘材料、电工产品、电子设备以及元件的绝
缘电阻测量和高阻兆欧电阻的测量，也可用于微电流测量。
(3)将“放电、测试”开关放在“测试”位置，检查电压应 选择的位置，打开输入短路开关(即按钮抬起来)，读取加 上测试电压1分钟，指示电表显示的电阻值。读数完毕， 将“倍率”打回“10-1”档。
2）测量表面电阻值Rs
(1)将Rv、Rs转换开关旋至Rs处。
(2)将电压选择开关置于所需要的测试电压位置上，将 “倍率选择”旋至所 需要的位置。 (在不了解测试值的数 量级时，倍率应从低次方开始选择。)
条直线上，要求四根探针与样品表
面接触良好。由1、4探针通入小电
流，当电流通过时，样品各点将有
电位差，同时用高阻静电计、百度文库子
毫伏计测出2、3探针间的电位差V23，四探针法的测量线路原理图
计算出样品的电阻率
C V23
I
C是与被测样品的几何尺寸及探针间距有关的测量的系数，称为探针系
数。单位：（cm）；I是探针通入的电流。