CN101692111A - 二氧化锡电极电阻率的测试装置及测试方法 - Google Patents

二氧化锡电极电阻率的测试装置及测试方法 Download PDF

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金春荣
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Abstract

一种二氧化锡电极电阻率的测试装置及测试方法,该装置包括待测样品及电极,温控加热炉、测量表,屏蔽机构和电源,本发明不仅能对电阻率较低(<103Ω·m)的二氧化锡电极等半导体材料的高温电阻率(室温~1400℃)进行测量,也能对电阻率较低的其它半导体材料(<103Ω·m)进行室温到高温(室温~1400℃)的电阻率测量。本发明结构简单,具有较高的可靠性和测量精度。

Description

二氧化锡电极电阻率的测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及电阻率测试装置,特别是一种玻璃熔炼用二氧化锡电极电阻率的测试装置及其测试方法。本发明也能对电阻率较低的其它半导体材料(<103Ω·m)进行室温到高温(室温~1400℃)的电阻率测量,结构简单,实用性强,具有较高的可靠性和稳定性。
背景技术
玻璃电熔由于其高效、高品质、污染少以及易于自动控制等特点,近年来在我国得到了快速发展。二氧化锡电极由于其独特的性能以及良好的耐玻璃熔体侵蚀能力,广泛应用于玻璃熔炼行业。由于半导体的特性,二氧化锡电极的电阻率随温度变化很大,一般在600℃以上就能成为一种良导体,当温度升到800℃时,其电导率呈指数形式增加。因此了解二氧化锡电极在使用过程中的电阻特性,对玻璃窑炉设计、玻璃熔炼工艺等具有十分重要的意义。对于高电阻率的陶瓷材料(>1010Ω·m)的测试方法及装置国内外曾有过报道。但是对于二氧化锡电极等小电阻率的材料,其高温电阻率测试,特别是高于1000℃的电阻率测试的公开报道并不多见。高温电阻测量时样品跟夹具接触的好坏以及接触电阻等,对高温电阻率的测试精确度会产生较大影响,另外测试温度高于1000℃后,很难找到合适的夹具也会对测试精度产生较大影响。因此,目前迫切需要一种测试二氧化锡电极等小电阻率材料的高精确度测试装置和方法。
发明内容
本发明的目的是要提供一种二氧化锡电极电阻率的测试装置及测试方法,以获得二氧化锡电极等材料的从室温到高温(室温~1400℃)的电阻特性,且具有较高的可靠性和测试精度。
本发明的技术解决方案如下:
一种二氧化锡电极电阻率的测试装置,其特点在于该装置包括待测样品及电极,温控加热炉、测量表,屏蔽机构和电源,其连接关系如下:
所述的待测样品及电极,包括待测样品,该待测样品的两端分别设置第一通电电极和第二通电电极,该待测样品的中间测量段分别设置第一测试电极和第二测试电极;
所述的温控加热炉由温度控制器和硅碳棒加热炉组成;
所述的电源包括温控加热炉电源和测试直流电源;
所述的测量表包括电压表和电流表;
所述的硅碳棒加热炉置于所述的屏蔽机构之内,屏蔽装置接地,在该硅碳棒加热炉内的载物台上安置所述的待测样品,在所述的第一测试电极和第二测试电极之间连接所述的电压表,所述的第一通电电极通过所述的电流表与所述的测试直流电源的正极或负极相连,所述的第二通电电极通过一个开关接所述的测试直流电源的负极或正极,所述的温控加热炉电源通过所述的温度控制器和硅碳棒加热炉相连。
所述的第一通电电极、第二通电电极、第一测试电极和第二测试电极是银电极,或铂电极。
利用所述的二氧化锡电极电阻率的测试装置进行测量的方法,其特征在于包括如下步骤:
1)、待测样品的准备:待测样品的几何尺寸为4~10×4~10×60~100mm,在待测样品的两端涂好导电胶,将具有扁圆形头部的第一通电电极和第二通电电极胶在待测样品的两端,然后固定;在待测样品中段相距50~80mm的地方钻两个Φ0.5~1×2~4mm的小孔,将第一测试电极和第二测试电极插入小孔中并涂覆胶固定;或直接将第一测试电极和第二测试电极涂覆胶后粘接在待测样品上,将待测样品放入马弗炉升温至200~300℃处理2~3小时,使所述的电极与待测样品通过烧结紧密接触,冷却后待用;
2)、准备测试装置:所述的硅碳棒加热炉置于所述的屏蔽机构之内,屏蔽装置接地,在该硅碳棒加热炉内的载物台上安置所述的待测样品,在所述的第一测试电极和第二测试电极之间连接所述的电压表,所述的第一通电电极通过所述的电流表与所述的测试直流电源的正极或负极相连,所述的第二通电电极通过一个开关接所述的测试直流电源的负极或正极,所述的温控加热炉电源通过所述的温度控制器和硅碳棒加热炉相连;
3)、将待测样品通过温度控制器在硅碳棒加热炉中进行加热,温度范围为室温~1400℃,并记录相应温度下电压表的测量值U′和电流表的测量值I;
4)、消除接触电势:
升温至所需要的温度并保温一段时间后,断开所述的开关,所述的电压表记录两测试电极之间的电压,即电势E,再合上开关,记录两测试电极上的电压U′,则中间一段电极产生的电压降为:U=U′-E;
5)、电阻率的计算:
电阻率ρ=R×S/L
式中,R为中间一段电极的电阻,单位为Ω,R=U/I,U为中间一段电极的压降,单位为伏特,S为测量样品的截面积,单位为cm2;L为中间一段电极的长度,单位为cm。
所述的导电胶为银胶或铂金胶,测试温度小于900℃用银胶,测试温度高于900℃用铂金胶。
所述的第一通电电极、第二通电电极为银电极或铂电极,测试温度高于900℃用铂电极;
所述第一测试电极和第二测试电极为银电极或铂电极,测试温度高于900℃用铂电极;
测试装置包括:电极,温控加热炉,电压表与电流表,屏蔽机构,电源,其中电源分别连接电极与测试样品和温控加热炉。为实现本发明的目的,本发明提供的一种二氧化锡电极电阻率的测试方法包括电压和电流的检测装置;电极和样品的前期烧结处理;屏蔽装置接地;电压、电流的测量和电阻率的计算等步骤。由于被测试材料的电阻较小,
本发明的技术效果如下:
本发明不采用夹具,而采用银胶或铂金胶,通过烧结处理后使测试样品与电极接触良好,消除了接触电势和减少了接触电阻的影响,保证了二氧化锡电极电阻率的测试精确度。
本发明是对整个样品通电,测量样品中间一段的电压降;在样品的测试上消除了接触电势和减少了接触电阻的影响,能准确测量流过样品的电流以及在样品上的压降,保证了测试的准确性。
电阻率的测试均处于常温环境中,保证了高温电阻测量的可靠性和稳定性;温度控制装置的控温精度为±1℃;屏蔽装置可以有效地减少干扰信号,从而减少测量误差,提高电阻测量地准确性。
实验表明:本发明不仅能对电阻率较低(<103Ω·m)的二氧化锡电极等半导体材料的高温电阻率(室温~1400℃)进行测量,也能对电阻率较低的其它半导体材料(<103Ω·m)进行室温到高温(室温~1400℃)的电阻率测量。
本发明结构简单,不采用夹具,直接测量材料本身的压降,消除了接触电阻的影响,具有较高的可靠性和稳定性。
附图说明
图1为本发明二氧化锡电极电阻率的测量装置的示意图;
图2是测量一种二氧化锡电极实施例的电阻率-温度曲线关系图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明,但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1,图1为本发明二氧化锡电极电阻率的测量装置的示意图,由图可见,本发明二氧化锡电极电阻率的测试装置包括待测样品及电极1,温控加热炉2、测量表3,屏蔽机构4和电源5,其连接关系如下:
所述的待测样品及电极1,包括待测样品105,该待测样品105的两端分别设置第一通电电极101和第二通电电极102,该待测样品105的中间测量段分别设置第一测试电极103和第二测试电极104;
所述的温控加热炉2由温度控制器201和硅碳棒加热炉202组成;
所述的电源5包括温控加热炉电源501和测试直流电源502;
所述的测量表3包括电压表301和电流表302;
所述的硅碳棒加热炉202置于所述的屏蔽机构4之内,屏蔽装置4接地,在该硅碳棒加热炉202内的载物台106上安放所述的待测样品105,在所述的第一测试电极103和第二测试电极104之间连接所述的电压表301,所述的第一通电电极101通过所述的电流表302与所述的测试直流电源502的正极或负极相连,所述的第二通电电极102通过一个开关303接所述的测试直流电源502的负极或正极,所述的温控加热炉电源501通过所述的温度控制器201和硅碳棒加热炉202相连。
利用上述二氧化锡电极电阻率的测试装置测试电阻率方法,包括如下步骤:
1)、待测样品的准备:待测样品105的几何尺寸为4~10×4~10×60~100mm,在待测样品105的两端涂好导电胶,将具有扁圆形头部的第一通电电极101和第二通电电极102胶在待测样品105的两端,然后固定;在待测样品105中段相距50~80mm的地方钻两个Φ0.5~1×2~4mm的小孔,将第一测试电极103和第二测试电极104插入小孔中并涂覆胶固定;或直接将第一测试电极103和第二测试电极104涂覆胶后粘接在待测样品105上,将待测样品105放入马弗炉升温至200~300℃处理2~3小时,使所述的电极与待测样品105通过烧结紧密接触,冷却后待用,本实施例所采用的导电胶为铂金胶,所述的第一通电电极101和第二通电电极102铂电极,所述第一测试电极103和第二测试电极104为铂电极;
2)、准备测试装置:所述的硅碳棒加热炉202置于所述的屏蔽机构4之内,屏蔽装置4接地,在该硅碳棒加热炉202内的载物台106上安放所述的待测样品105,在所述的第一测试电极103和第二测试电极104之间连接所述的电压表301,所述的第一通电电极101通过所述的电流表302与所述的测试直流电源502的正极相连,所述的第二通电电极102通过一个开关303接所述的测试直流电源502的负极,所述的温控加热炉电源501通过所述的温度控制器201和硅碳棒加热炉202相连;
3)、将待测样品105通过温度控制器201在硅碳棒加热炉202中进行加热,温度范围为室温~1400℃,并记录相应温度下电压表301的测量值U′和电流表302的测量值I;
4)、消除接触电势:
升温至所需要的温度并保温一段时间后,断开所述的开关303,所述的电压表301记录两测试电极之间的电压,即电势E,再合上开关303,记录两测试电极上的电压U′,则中间一段电极产生的电压降为:U=U′-E;
5)、电阻率的计算:
电阻率ρ=R×S/L
式中,R为中间一段电极的电阻,单位为Ω,R=U/I,U为中间一段电极的压降,单位为伏特,S为测量样品的截面积,单位为cm2;L为中间一段电极的长度,单位为cm。
本实施例对一种二氧化锡电极的电阻率进行了测量。温度范围为室温~1200℃,每隔50℃取一个温度点测量对应的电压、电流值;样品截面积S=0.64cm2,测量长度L=6.0cm;将数据代入公式中计算即得到相应的电阻率,测试的结果如图2所示,图2为其电阻率~温度曲线关系图。

Claims (6)

1.一种二氧化锡电极电阻率的测试装置,其特征在于该装置包括待测样品及电极(1),温控加热炉(2)、测量表(3),屏蔽机构(4)和电源(5),其连接关系如下:
所述的待测样品及电极(1),包括待测样品(105),该待测样品(105)的两端分别设置第一通电电极(101)和第二通电电极(102),该待测样品(105)的中间测量段分别设置第一测试电极(103)和第二测试电极(104);
所述的温控加热炉(2)由温度控制器(201)和硅碳棒加热炉(202)组成;
所述的电源(5)包括温控加热炉电源(501)和测试直流电源(502);
所述的测量表(3)包括电压表(301)和电流表(302);
所述的硅碳棒加热炉(202)置于所述的屏蔽机构(4)之内,屏蔽装置(4)接地,在该硅碳棒加热炉(202)内的载物台(106)上安置所述的待测样品(105),在所述的第一测试电极(103)和第二测试电极(104)之间连接所述的电压表(301),所述的第一通电电极(101)通过所述的电流表(302)与所述的测试直流电源(502)的正极或负极相连,所述的第二通电电极(102)通过一个开关(303)接所述的测试直流电源(502)的负极或正极,所述的温控加热炉电源(501)通过所述的温度控制器(201)和硅碳棒加热炉(202)相连。
2.根据权利要求1所述的二氧化锡电极电阻率的测试装置,其特征在于所述的第一通电电极(101)、第二通电电极(102),第一测试电极(103)和第二测试电极(104)是银电极,或铂电极。
3.利用权利要求1所述的二氧化锡电极电阻率的测试装置进行电阻率的测试方法,其特征在于包括如下步骤:
1)、待测样品的准备:待测样品(105)的几何尺寸为4~10×4~10×60~100mm,在待测样品(105)的两端涂好导电胶,将具有扁圆形头部的第一通电电极(101)和第二通电电极(102)胶在待测样品(105)的两端,然后固定;在待测样品(105)中段相距50~80mm的地方钻两个Φ0.5~1×2~4mm的小孔,将第一测试电极(103)和第二测试电极(104)插入小孔中并涂覆胶固定;或直接将第一测试电极(103)和第二测试电极(104)涂覆胶后粘接在待测样品(105)上,将待测样品(105)放入马弗炉升温至200~300℃处理2~3小时,使所述的电极与待测样品(105)通过烧结紧密接触,冷却后待用;
2)、准备测试装置:所述的硅碳棒加热炉(202)置于所述的屏蔽机构(4)之内,屏蔽装置(4)接地,在该硅碳棒加热炉(202)内的载物台(106)上安置所述的待测样品(105),在所述的第一测试电极(103)和第二测试电极(104)之间连接所述的电压表(301),所述的第一通电电极(101)通过所述的电流表(302)与所述的测试直流电源(502)的正极相连,所述的第二通电电极(102)通过一个开关(303)接所述的测试直流电源(502)的负极,所述的温控加热炉电源(501)通过所述的温度控制器(201)和硅碳棒加热炉(202)相连;
3)、将待测样品(105)通过温度控制器(201)在硅碳棒加热炉中进行加热,温度范围为室温~1400℃,并记录相应温度下电压表(301)的测量值U′和电流表(302)的测量值I;
4)、消除接触电势:
升温至所需要的温度并保温一段时间后,断开所述的开关(303),所述的电压表(301)记录两测试电极之间的电压,即电势E,再合上开关(303),记录两测试电极上的电压U′,则中间一段电极产生的电压降为:U=U′-E;
5)、电阻率的计算:
电阻率ρ=R×S/L
式中,R为中间一段电极的电阻,单位为Ω,R=U/I,U为中间一段电极的压降,单位为伏特,S为测量样品的截面积,单位为cm2;L为中间一段电极的长度,单位为cm。
4.根据权利要求3所述的测试方法,其特征在于所述的导电胶为银胶或铂金胶,测试温度小于900℃用银胶,测试温度高于900℃用铂金胶。
5.根据权利要求3所述的测试方法,其特征在于所述的第一通电电极(101)、第二通电电极(102)为银电极或铂电极,测试温度高于900℃用铂电极;
6.根据权利要求3所述的测试方法,其特征在于所述第一测试电极(103)和第二测试电极(104)为银电极或铂电极,测试温度高于900℃用铂电极;
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