金屬材料電阻率檢測(cè)的研究進(jìn)展

劉梓涵

【摘 要】現(xiàn)階段，隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，金屬材料在許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。而電阻率作為金屬材料的一個(gè)重要特性，對(duì)其精確的測(cè)定在一定程度上有利于金屬材料的進(jìn)一步發(fā)展。所以，筆者將在下文中結(jié)合具體的實(shí)例，談一談現(xiàn)階段我國金屬材料電阻率測(cè)定的研究進(jìn)展。

【關(guān)鍵詞】金屬材料；電阻率測(cè)定；研究進(jìn)展

只有測(cè)定出金屬材料在不同條件下的電阻率，才能有效的結(jié)合客觀條件更好地應(yīng)用金屬材料，從而使其進(jìn)一步發(fā)展。由此可見，金屬材料電阻率測(cè)定的重要性不言而喻。而又因?yàn)榻饘俨牧系碾娮杪适芡饨鐥l件影響較大，所以筆者將分條進(jìn)行說明。

1.固體金屬電阻率測(cè)定的研究進(jìn)展

1.1相關(guān)概念

為了定量的比較導(dǎo)體材料通過電流的能力，排除導(dǎo)體材料、形狀、長短、粗細(xì)和溫度等因素對(duì)于導(dǎo)體數(shù)值的影響，我們引入了電阻率的概念。一般說來，電阻率越小，電導(dǎo)率越大，其導(dǎo)電性能就越好。所以電阻率可以用來評(píng)定不同材料的金屬的導(dǎo)電性能電阻率。

1.2測(cè)定原理

經(jīng)過長期實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，一段柱形的均勻?qū)w的電阻與電阻率通常有以下關(guān)系：R=ρ（L/S） 其中，L是導(dǎo)體的長度；S是導(dǎo)體的橫截面積；ρ是與導(dǎo)體的材料及溫度都有關(guān)系的電阻率。因此，對(duì)于這種柱形均勻?qū)w，我們就可以首先通過游標(biāo)卡尺或螺旋測(cè)微器測(cè)出導(dǎo)體的直徑d，進(jìn)而計(jì)算出S的數(shù)值，然后再通過歐姆法測(cè)出電壓和電流的值，從而計(jì)算出電阻R的數(shù)值，最后將相關(guān)數(shù)值帶入，就可以測(cè)出電阻率的大小了。

1.3測(cè)定操作步驟

測(cè)定電阻絲的電阻值的方法很多，這里主要介紹直流雙臂電橋法測(cè)細(xì)銅絲電阻的操作方法：首先，截取粗細(xì)均勻，長度適宜的細(xì)銅絲，將其接入四端電阻器，用導(dǎo)線將直流雙臂電橋和四端電阻器連接好。值得一提的是，要確保導(dǎo)線和儀器的連接狀況完好，否則實(shí)驗(yàn)就會(huì)受到影響。然后根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)大致估計(jì)銅絲阻值，將雙臂電橋的倍率放在相應(yīng)的位置上，這樣就可以有效的減少相關(guān)操作步驟，繼而再打開電源開關(guān)，按下開關(guān)，觀察指針偏轉(zhuǎn)的情況。此時(shí)若是發(fā)現(xiàn)檢流計(jì)指針不是指向零刻度線，則需要進(jìn)行調(diào)零操作，否則就算是測(cè)出結(jié)果也是不準(zhǔn)確的。調(diào)零的具體操作是打開G，先進(jìn)行粗調(diào)R，再進(jìn)行微調(diào)，使檢流計(jì)指針指零。此時(shí)就可以從儀器上讀出電阻值R了。最后，為了獲得更加精確的數(shù)值，則應(yīng)該再次移動(dòng)四端電阻器的滑動(dòng)端，改變被測(cè)銅絲長度，重復(fù)上述步驟，平行測(cè)定5次。

解決了電阻值的測(cè)定問題，接下來就是導(dǎo)線長度與直徑的測(cè)定了，在實(shí)際測(cè)定中由于對(duì)于導(dǎo)線長度的精度要求不是特別高，所以刻度尺的測(cè)量精度一般就可以滿足需求。值得一提的是，在測(cè)量長度時(shí)，零刻度線要對(duì)準(zhǔn)，刻度尺和導(dǎo)線要保持平行，測(cè)得的數(shù)據(jù)也要保留一定的有效數(shù)字。只有這樣才能在一定程度上保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性。而直徑的測(cè)定使用的則是游標(biāo)卡尺或者螺旋測(cè)微器，這樣不僅比較易于操作，而且測(cè)得的數(shù)據(jù)也比較準(zhǔn)確。最后，不管是測(cè)量長度還是直徑，都要平行測(cè)定多次，這樣才能有效地減少絕對(duì)誤差。

1.4測(cè)定方法的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：測(cè)定原理簡單易懂，測(cè)定步驟易于操作，且對(duì)于實(shí)驗(yàn)儀器的要求也不是很高，這就使其應(yīng)用范圍較為廣闊，尤其是在進(jìn)行精度較低的電阻率的測(cè)定時(shí)，這種方法的優(yōu)勢(shì)就更加凸顯了出來。

缺點(diǎn)：在實(shí)際的測(cè)量過程中，電阻值、導(dǎo)線長度或者是導(dǎo)線直徑的測(cè)定都可能產(chǎn)生較大的誤差，因此，此種方法測(cè)定出來的電阻率的精度比較有限。此外由于原理的限制，此種方法只適用于粗細(xì)均勻的圓柱形金屬材料的電阻率值的測(cè)定，而對(duì)于那些粗細(xì)不均勻或是形狀不規(guī)則的金屬材料就無能為力了，這也正是其局限所在。

1.5影響測(cè)定結(jié)果的因素

首先，金屬導(dǎo)線的粗細(xì)不是嚴(yán)格均勻的，某些部位的直徑會(huì)比較大，有些就會(huì)比較小，這樣就會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的結(jié)果不準(zhǔn)確。還有一種情況則是在使用游標(biāo)卡尺測(cè)量直徑時(shí)過于用力，將金屬導(dǎo)線擠壓變形，這樣就會(huì)直接影響S的值，從而間接影響電阻率的數(shù)值；最后，在測(cè)定電阻的過程中，調(diào)零等操作不準(zhǔn)確，或是某些質(zhì)軟的金屬材料在測(cè)定過程中發(fā)生形變，甚至是當(dāng)時(shí)的室溫變化等等因素都會(huì)對(duì)電阻值R的數(shù)值大小造成影響，這樣測(cè)出的R值就會(huì)偏離真實(shí)值，電阻率的精確度就得不到保障。

1.6對(duì)于測(cè)定實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)建議

首先，在溫度控制方面，可以考慮采用熱水降溫的方法。具體操作步驟如下：把銅漆包線繞成的線圈放入燒杯中，加上適量的熱水，通過自然降溫使水的溫度降低。因?yàn)殂~漆包線溫度低，水的溫度高，所以它們之間會(huì)產(chǎn)生熱交換。這樣漸漸的銅漆包線的溫度就會(huì)升高，水的溫度則會(huì)下降，而當(dāng)水的溫度下降足夠緩慢時(shí)，則可以近似認(rèn)為水的溫度與銅漆包線的溫度相同。此時(shí)只要測(cè)量出水的溫度，即可作為銅漆包線的溫度，這樣就可以有效的控制溫度對(duì)于較為敏感金屬材料的影響了。

其次，在測(cè)定橫截面積S時(shí)，為了減弱金屬柱體不均勻或是擠壓形變等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響，在使用游標(biāo)卡尺或螺旋測(cè)微器時(shí)，當(dāng)我們完成測(cè)量一次，得到數(shù)1后，需要轉(zhuǎn)過一個(gè)平角，再次在同一個(gè)地方進(jìn)行測(cè)量，從而得到數(shù)2。若數(shù)1和數(shù)2的值相差過大，則說明該組數(shù)值的誤差較大，應(yīng)及時(shí)舍棄，只有這樣，才能有效地減少由金屬材料粗細(xì)不均造成的影響。

最后就是對(duì)于長度測(cè)量的改進(jìn)了，一方面我們可以通過使用更加精良的儀器從而提高精度，這也是最簡單直接的一種方法；另一方面則可以從改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法方面下手。如長度可以通過流體靜力稱衡法測(cè)得，從而減小由于工具或是實(shí)驗(yàn)者讀數(shù)時(shí)的主觀因素造成的誤差，得到更精確的數(shù)值。

2.高溫金屬電導(dǎo)率的測(cè)量

由于高溫金屬電導(dǎo)率的測(cè)量較為復(fù)雜，礙于篇幅所限，筆者不能詳盡，所以就簡要談一談其中的要點(diǎn)。在高溫金屬電阻率的測(cè)定中，最難控制的因素就是溫度，因?yàn)闇囟葧?huì)引起各種參數(shù)的變化，從而造成很大的系統(tǒng)誤差，所以要想得到實(shí)用的結(jié)果，就必須消除這些誤差，下面筆者就介紹一種常用的方法：在系統(tǒng)使用前，用加熱到1000e左右的Al2O3代替被測(cè)樣品，進(jìn)行電導(dǎo)率與溫度的測(cè)量。這樣由于測(cè)溫電路使用了AD595電偶信號(hào)調(diào)理芯片，溫度的線性和精度就可以得到有效的保證。而Al2O3是非常穩(wěn)定的物質(zhì)，其電導(dǎo)率可以認(rèn)為不隨溫度變化而改變，故可得到一個(gè)溫度、電阻率測(cè)量值的采樣序列，用來作為實(shí)際使用中的校正數(shù)據(jù)。解決了溫度的問題，在此基礎(chǔ)上，再結(jié)合相關(guān)的專業(yè)儀器如傳感器等，就可以較為精確地測(cè)定高溫金屬的電阻率大小。

3.結(jié)語

不同金屬材料有不同的理化性質(zhì)，因而其電阻率的檢測(cè)也有不同的方法。所以，在實(shí)際的測(cè)定過程中，我們一定要尊重客觀的條件，實(shí)事求是，從資金設(shè)備或?qū)嶒?yàn)員的專業(yè)素質(zhì)等因素出發(fā)選擇最適合的測(cè)量方法。總而言之，電阻率的測(cè)定對(duì)于金屬材料的進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有重大的意義。因此，我們一定要重視起來，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器和方法，從而獲得更精確的結(jié)果。

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