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
SLRρ=
式中R为导体的电阻，L、S分别为导体的长度和横截面积；ρ为导体的电阻率，电阻率与材料本质有关。 电阻率的单位：Ω⋅m ， Ω⋅cm ， μΩ⋅cm，工程技术上常用Ω⋅mm2/m。它们之间的换算关系为
1 μΩ⋅cm = 10-9 Ω⋅m = 10-6 Ω⋅cm = 10-2 Ω⋅mm2/m
电阻率与电导率关系为 ρσ
1=
σ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σ及电阻率ρ。
影响材料电阻率的因素
1）材料电阻率与温度的关系 电阻率与温度的关系为 ρt = ρo （1+ αT） 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 ρ = ρ0 + ρ′
ρ0---固溶体溶剂组元的电阻率 ρ′---剩余电阻， ρ′ = CΔρ C—杂质原子含量，Δρ--1%原子杂质引起的附加电阻。 Δρ与溶质浓度和温度有关，随溶质浓度的增加，Δρ偏离严重。 诺伯利定则 Δρ = a + b (ΔZ)2 a、b是随元素而异的常数，ΔZ--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： ρp = ρo (1 + ϕ p) ρo---真空条件下的电阻率；ϕ --压力系数为负值，数量级在10-5∼10-6。 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 ρ = ρ‘ + ρ
M
ρM—表示与温度有关的退火金属的电阻率，ρ‘—是剩余电阻；实验表明ρ‘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ρΔ
等于
ρρρΔ=Δ+Δ
空位位错
ρΔ空位为空位对电子散射引起的电阻率增量；ρΔ
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。
0dρρρ=+
薄膜试样的电阻率 ρ
d = ρ∞ (1+L/d) ρ∞
--为大尺寸试样的电阻率。-试验表面的电子自由程，-薄膜厚度。 Ld
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 实验一、 电导率σ的测量 一、实验目的 通过测试金属材料的电导率σ，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σ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σ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ρ = 0.01724
2Ω⋅mm2/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，7501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），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L2＝L2，C1＝C2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2—3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： ①微起即在“电池”档及“I”档表头指针偏离量较小； ②突起即在测量“I”档时指针会突然跳动； ③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/ ⋅Ωmm2 电阻率 ⋅Ωmm2/ 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 1．ZC36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1017Ω
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 Ω共分八档
3． 微电流测量 （1）测量范围：1×10-5 ~ 1×10-14A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）；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
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