CN102288829B - 可控四探针的石墨电阻测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开可控四探针的石墨电阻测试装置，涉及石墨领域，包括测量平台，并排安装在测量平台上的电流测量装置和电压测量装置；所述电流测量装置包括两个同一轴线上的一端安装在测量平台上的固定架，安装在固定架上的电流探针座和石墨棒夹持装置，所述电压测量装置包括固定在测量平台上的两个立柱、分别活动安装在两个立柱上的两个支臂、连接两个支臂的电压旋转杆、固定在电压旋转杆上的两个电压探针座。本发明的电流测量装置同时实现待测石墨棒的电流输入和夹持固定，电压测试装置利用电压旋转杆实现两点处电阻的测量，上述过程不需要再由人工分别控制，节省了人力和操作工序，减少了测量误差，提高了测量精度和测量效率。

Description

可控四探针的石墨电阻测试装置

技术领域

本发明涉及石墨领域，具体涉及一种精确定位和和操作简单的测试石墨样品电阻率的测试装置。

背景技术

在石墨制造行业，石墨产品制造好后，需要测定其电阻性能，确定产品是否符合客户的要求，测量时需要在待测石墨棒的两端通上固定电流，然后在待测石墨棒上同时量取两点，得到两点间的电压值，用电压除以长度可近似得到其单位长度的电压值，再用单位电压值除以固定电流，就得到其单位长度近似的电阻率，而上述的测量步骤需要在待测石墨棒的圆周上以90为旋转标准测量四次，最终的结果需要取平均值。目前的测量仪器包括微欧姆表、电流表、电压表或上述仪器的集合测量装置，上述设备仅提供测量的探针，而未提供相应的待测石墨固定装置，因此测量时常常是一人控制电流探针放置在待测石墨棒的两端，再一人测量电压，在翻转过程中，没有参照物，需要人工判断角度，测量角度和最终测量结果误差都比较大，常常需要重复多次测量过程，整个过程费时费力。

发明内容

为克服现有技术中在测量待测石墨棒时无固定装置及测量结果精确值差的问题，本发明提供一种结构简单、测量方便可单人操作的能同时实现电流输入、任意段电压取值的固定装置。具体方案如下：一种可控四探针的石墨电阻测试装置，其特征在于，包括测量平台，并排安装在测量平台上的电流测量装置和电压测量装置；

所述电流测量装置包括两个同一轴线上的一端固定在测量平台上的固定架，安装在固定架上的电流探针座和石墨棒夹持装置，两个固定架上的石墨棒夹持装置相互对应，石墨棒夹持装置夹住待测石墨棒后，两个固定架上的电流探针座分别与待测石墨棒的两端接触；

所述电压测量装置包括固定在测量平台上的两个立柱、分别活动安装在两个立柱上的两个支臂、连接两个支臂的电压旋转杆、固定在电压旋转杆上的两个电压探针座，其中电压旋转杆与待测石墨杆平行且待测石墨棒位于电压旋转杆的旋转轨道上。

本发明的另一优选方案：所述固定架的顶端设置有固定管，固定管内设置直径缩小的挡圈。

本发明的另一优选方案：所述电流探针座包括探杆、弹簧、插接管和电流探针固定装置，其中探杆的一端设置有直径大于探杆杆身直径的探头，电流探针固定装置安装在探杆的另一端，插接管一端为带轴孔的封闭面，轴孔的直径大于探杆杆身直径小于弹簧的外径，弹簧套在探杆上，插接管的封闭面位于弹簧和电流探针固定装置之间，插接管的开口端朝向探头，插接管插接在固定管内。

本发明的另一优选方案：所述固定架的外侧安装有调距装置，调距装置包括调距杆、调距柱、压簧和调距螺母，其中调距柱固定在固定架同一轴线的测量平台上，调距柱上设置有通孔，调距螺母通过螺纹拧在调距杆的一端，调距杆的另一端穿过通孔与固定架连接，压簧套在固定架与调距柱之间的调距杆上，压簧的外径大于贯穿孔的内径，调距杆连接的固定架与测量平台之间不固定。

本发明的另一优选方案：与调距杆连接的固定架与测量平台之间为滑槽连接，滑槽设置在测量平台上且位于调距装置和固定架的轴线上，固定架的底部设置有与滑槽相配合的滑板，在调距杆的拉动下滑板带动固定架沿滑槽进退。

本发明的另一优选方案：所述立柱与支臂之间设置有拉簧，拉簧的一端安装在立柱的顶端，另一端与支臂的顶端连接。

本发明的另一优选方案：所述电压探针座包括探杆、弹簧、插接管和电压探针固定装置，其中探杆的一端为锥形的探针，电压探针固定装置安装在探杆的另一端，靠近探针的探杆杆身上设置有凸出部，插接管的两端为带轴孔的封闭面，轴孔的直径小于凸出部的直径和弹簧的外径，弹簧套在凸出部与电压探针固定装置之间的探杆上，插接管的一端位于探针与凸出部之间，另一端位于弹簧与电压探针固定装置之间，探杆在弹簧弹力的作用下保持探针一直伸出插接管的轴孔外。

本发明的另一优选方案：所述电压旋转杆有两个且平行安装在支臂上，在两个电压旋转杆上安装有两个固定块，所述固定块上设置有两个与电压旋转杆位置对应的贯穿孔，在两个贯穿孔之间设置有与贯穿孔垂直的垂直孔，电压探针座通过垂直孔固定在固定块上，两个电压旋转杆分别穿过相应的贯穿孔；

或所述固定块由两个对称的固定板组成，固定板上与两个电压旋转杆对应的位置上开有弧形凹槽，两个弧形凹槽中间的位置上开有与弧形凹槽垂直的垂直孔，两个固定板上设置有对应的螺孔，两个固定板通过螺栓穿过螺孔而固定在电压旋转杆上。

本发明的另一优选方案：所述电流探针固定装置由依次安装在探杆上的固定螺母、两个夹持垫片和调节螺母组成，电流接入端卡在两个夹持垫片之间，固定螺母和调节螺母利用螺纹安装在探杆上；

或所述电流探针固定装置为设置在探杆径向上的螺孔及螺孔内的固定螺栓，电流接入端卡在固定螺栓上；

或所述电流探针固定装置为设置在探杆径向或轴向上的内凹孔及与内凹孔相通且垂直的螺孔，螺孔内安装有固定螺栓，电流接入端插在内凹孔中；

所述电压探针固定装置结构与电流探针固定装置结构相同。

本发明的另一优选方案：所述石墨棒夹持装置为带有角度标记的旋转管，旋转管插接在固定管内且两者之间形成间隙配合，所述固定管的管口上设置有基准标记。

本方案中电流测量装置同时实现待测石墨棒的电流输入和夹持固定，不需要人工再去控制电流输入，而电压测试装置通过旋转电压旋转杆即可实现待测石墨棒两点处电阻的测量，也不需要再由人工分别控制两个电压探针进行测量，节省了人力和操作工序，减少了测量误差，提高了测量精度和测量效率。将待测石墨棒的电流输入采用探头接触方式，能够增大与待测石墨棒的接触面积，保持电流的稳定传输。利用旋转管及上面设置的标记，完全避免了翻转误差，提高了测量结果的精度。本方案利用调距装置不但方案安装待测石墨棒，还可以控制两个固定架之间的间距，以针对不同长度的石墨棒。电压测量装置实现电压的测量控制，带有拉簧的电压探针座不需要操作即可自动回位，方便数据记录，只需一人就可以轻易操作，而且测量动作不会变形，测试过程也不会因为误操作而中断。

附图说明

图1本发明的结构示意图。

图2图1的俯视结构示意图。

图3本发明进一步的结构示意图。

图4图1所示电流接入装置和调距装置放大示意图。

图5本发明中电压探针座结构示意图。

图6本发明中安装块结构示意图。

图7本发明中安装块的另一结构示意图。

图8本发明中电流探针固定装置和电压探针固定装置的结构示意图。

图9本发明中电流探针固定装置和电压探针固定装置的另一结构示意图。

图10本发明中电流探针固定装置和电压探针固定装置的另一结构示意图。

图11固定管与旋转管上的旋转角度对应示意图。

附图标号说明：1-测量平台、2-电流测量装置、201-固定架、202、固定管、203-基准标记、204-挡圈、3-电压测量装置、301-支柱、302-电压探针座、303-支臂、304-拉簧、305-电压旋转杆、306-电压探针固定装置、307-凸出部、308-探针、309-固定块、310-贯穿孔、311-垂直孔、312-固定板、313-弧形凹槽、314-螺孔、315-按压部、316-电压接入端、4-石墨棒夹持装置、401-旋转管、402-角度标记、5-电流探针座、501-探头、502-探杆、503-弹簧、504-插接管、505-电流探针固定装置、506-调节螺母、507-夹持垫片、508-固定螺母、509-电流接入端、510-固定螺栓、6-调距装置、601调距杆、602-压簧、603-调距柱、604-调距螺母、7-待测石墨棒。

具体实施方式

本方案采用探针式测试工装，利用微欧姆表、电流表、电压表的复合电阻测试仪，能够精密准确的测试半导体规范样品的电阻率指标，尤其为石墨制品新型技术应用的铸造、热交换器、纳米技术、光伏发电产业提供可靠的材料性能指标。本方案将现有测量装置的电流探针改为探头，使扩大了与待测石墨棒的接触面，使测量结果更加精确，待测样品的规格根据国际标准要求制作，使测量结果与国际标准同步，方便比对，本方案中电流的探头和电压的探针还可以灵活移动和旋转，为测量不同距离不同大小的石墨棒提供测量基础。以下以具体实施例来说明本方案的具体结构和使用方法。

实施例一：

如图1、2所示，本发明所公开的技术方案包括一个测量平台1及安装在测量平台上的电流测量装置2和电压测量装置3，其中电流测量装置2和电压测量装置3并排安装在测量平台1上，电流测量装置包括与测量平台连接的固定架201，安装在固定架上的电流探针座5和石墨棒夹持装置4，固定架201有两个且位于同一轴线上，其中电流探针座5用于连接测试仪的两个电流接入端509，两个固定架上的石墨棒夹持装置安装位置对应并将待测石墨棒7夹住，此时电流探针座与待测石墨棒的两端接触，为待测石墨棒供应测量电流。

电压测量装置3包括两个固定在测量平台1上的立柱301，在两个立柱上分别活动连接一个支臂303，在两个支臂之间安装一个电压旋转杆305，电压旋转杆上安装有电压探针座306，电压探针座与电压测量仪的电压接入端316连接，电压旋转杆能够以支臂303与支柱301的连接点为轴心旋转，安装后的待测石墨棒位于电压旋转杆的旋转轨道上，当电压旋转杆旋转到待测石墨棒处时，电压探针座与待测石墨棒接触。

具体的石墨棒夹持装置4可以采用弹性的夹子夹住待测石墨棒7的两端将其固定，或两端用弹簧利用弹力将待测石墨棒夹在中间，凡是能够将待测石墨棒的两端固定住的方式都可以，而电流探针座和电压探针座的结构只要保证所带电流、电压能够与待测石墨棒接触即可。

本方案中电流测量装置同时实现待测石墨棒的电流输入和夹持固定，不需要人工控制电流输入，而电压测试装置通过旋转电压旋转杆即可实现待测石墨棒两点处电阻的测量，也不需要再由人工分别控制两个电压探针进行测量，节省了人力和操作工序，减少了测量误差，提高了测量精度和测量效率。

实施例二：

如图1、2、3、4所示，在前述实施例的基础上，本方案在固定架201的顶端安装一个固定管202，两个固定架上的固定管圆心位于同一轴线上，固定管的两端分别安装旋转管和电流探针座，固定管202内设置有直径缩小的挡圈204，挡圈用来防止旋转管401或电流探针座5过度深入固定管内，其中旋转管401的内径大于或等于待测石墨棒7的直径，两个固定管上的旋转管相对，待测石墨棒插在两个旋转管内。电流探针座5包括探杆502、弹簧503、插接管504和电流探针固定装置505，上述部件依次安装在探杆502上，具体为：探杆的一端设置有直径大于探杆杆身直径的锥形探头501，电流探针固定装置505安装在探杆502的另一端，弹簧503套在探杆上且弹簧的内径小于探头的直径，插接管504的外径与固定管的内径相同，插接管的一端为封闭面且轴心上开有大于探杆直径小于弹簧外径的轴孔，插接管的封闭面位于弹簧与电流探针固定装置之间，插接管的开口端朝向弹簧一侧，电流探针固定装置505包括依次安装在探杆上的调节螺母506、夹持垫片507和固定螺母508，探杆的端头设置有螺纹，固定螺母和调节螺母通过螺纹拧在探杆上，固定螺母的安装位置可以调节弹簧的弹性大小，夹持垫片有两个且活动安装在探杆上，电流测试仪的U形电流接入端509插在两个垫片之间的探杆上，旋动调节螺母缩小调节螺母与固定螺母之间的间距，即可利用两个夹持垫片将电流探针固定住。

安装时，将插接管的开口端插入固定管内，此时探杆上的探头在弹簧的弹力作用下，穿过挡圈伸入旋转管内与待测石墨棒两端接触，两个固定架的结构相同，而两个探头位置相对，当待测石墨棒插入旋转管后，两个探头就会在弹簧的弹力作用下始终保持与待测石墨棒的接触，本方案采用探头接触方式，能够增大与待测石墨棒的接触面积，保持电流的稳定传输。

实施例三：

如图11所示，为提高待测石墨棒7在翻转测量时的角度精确，本方案在前述实施例的基础上，在旋转管401的管口处设置角度标记402，角度标记在旋转管的管口以90度为标准设置四个，同时在固定管202的管口上设置基准标记203，旋转石墨棒时只需转动旋转管，将下一个测量位置的翻转标记与基准标志对齐，即实现了待测石墨棒的90标准角度翻转，完全避免了翻转误差，提高了测量结果的精度。

实施例四：

如图3、5所示，在前述实施例的基础上，为了方便安装待测石墨棒7，本方案在固定架201的一侧设置调距装置6，调距装置包括调距杆601、压簧602、调距柱603和调距螺母604，调距柱601固定在固定架外侧同一轴线的测量平台1上，调距柱上有贯穿孔，调距杆的一端穿过贯穿孔与固定架201连接，压簧602安装在固定架与调距柱之间的调距杆601上，调距螺母604安装在调距柱一侧的调距杆上，调距杆连接的固定架与测量平台之间为滑槽连接，滑槽开在测量平台上并与固定架和调距柱之间的轴线重合，固定架的底端为与滑槽配合的滑板。当拉动调距螺母时，调距杆会带动固定架利用滑板在滑槽内运动，当待测石墨棒夹持到位后，松开调距螺母，固定架在压簧弹力的作用下沿滑槽回到原位，同时对待测石墨棒也施加一定的夹持力。本方案中调距杆与固定架之间可以是直接焊接；也可以是在固定架上设置通孔，当调距杆穿过后利用螺母固定；也可以是在固定架上设置螺纹孔，将调距柱拧入螺纹孔而固定。通过调节调距螺母在调距杆上的旋进程度，可以控制两个固定架之间的间距，以针对不同长度的石墨棒。

实施例五：

如图2所示，在前述实施例的基础上，本方案在电压测量装置3的立柱301与支臂303之间安装拉簧304，拉簧的一端安装在立柱的端头，另一端安装在同侧的支臂的端头上，支臂和电压旋转杆305在拉簧的拉力下，以支臂与立柱的连接点为支点保持一个弹力平衡的位置，当按下电压旋转杆时需要克服拉簧的弹力，松开电压旋转杆后，电压旋转杆就会在拉簧弹力的作用下回到原位。本方案实现电压的测量控制，而且电压探针座不需要操作即可自动回位，方便数据记录，只需一人就可以轻易操作，而且测量动作不会变形，测试过程也不会因为误操作而中断。

实施例六：

如图2所示，在前述实施例的基础上，为提高拉簧304的拉力，本方案在电压测量装置的两个立柱与支臂之间分别设置一根拉簧。

实施例七：

如图2、4、5所示，在前述实施例的基础上，本方案的电压探针座302结构与电流探针座5的结构基本相同，只是电压探针座不需要安装待测石墨棒，只需要探针308与待测石墨棒中间接触，因此电压探针座上的插接管504两端都封闭，在两端封闭面的轴心上开直径大于探杆直径且小于弹簧外径的孔，探杆502的一端设置直径缩小的锥形探针308，另一端安装电压探针固定装置306，靠近探针的探杆杆身上设置凸出部307，凸出部的直径大于封闭面上轴孔的直径和弹簧的内径，弹簧套在凸出部与电压探针固定装置之间，插接管的一端位于探针与凸出部之间，另一端位于弹簧和电压探针固定装置之间，探针在弹簧弹力的作用下始终伸出插接管外。

本方案的探针利用弹力保证了与待测石墨棒紧密接触，使测量结果更加精确。

实施例八：

如图2所示，在前述实施例的基础上，本方案为方便测试人员的操作，在电压旋转杆305的中间设置增大摩擦性能的按压部315，当操作人员用手下压按压部时，连接测压旋转杆的两个支臂会以与立柱的连接点为轴心向下旋转，此时电压探针座上的探针就与待测石墨棒接触，从而测出两点间的电压。

实施例九：

如图2、6所示，为提高电压探针座302的安装稳定性和灵活性，在上述实施例的基础上，本方案在两个支臂303之间安装两根平行的电压旋转杆305，电压探针座利用固定块309固定在两个电压旋转杆上，固定块在内部与电压旋转杆位置对应的地方分别开两个贯穿孔310，将两个电压旋转杆分别穿过两个贯穿孔而将固定块固定住，在两个固定块的两个贯穿孔之间位置开一个与贯穿孔垂直的垂直孔311，电压探针座302安装在垂直孔311内。本方案的电压探针座结构牢固，稳定性好。

实施例十：

如图2、7所示，在前述实施例的基础上，固定块309采用两个对称的固定板312贴合组成，在每个固定板上与电压旋转杆对应的位置上分别制作一个弧形凹槽313，两个固定板合在一起后弧形凹槽就将电压旋转杆夹在中间，垂直孔311的位置保持不变。两块板之间可以用胶粘、螺栓等固定方式，在固定板上开螺孔314，采用螺钉、螺杆等方式固定，还可以方便调节两个电压探针座之间的距离。

实施例十一：

在前述实施例的基础上，本方案提供另一结构的电压探针座302、电流探针座5的固定方式。如图9所示，A、在探杆502的端头设置相应的螺孔，在螺孔内安装固定螺栓510，将电流接入端509插在固定螺栓上拧紧固定螺栓即可。如图10所示，B、在探杆502的端头设置内孔，将电流接入端插入内孔中，在探杆上与内孔垂直相交处设置一个径向螺孔，螺孔内安装固定螺栓510，拧紧固定螺栓即可利用固定螺栓端头与内孔壁的夹持力将电流接入端固定在内孔中。

Claims (5)

1.可控四探针的石墨电阻测试装置，其特征在于，包括测量平台（1），并排安装在测量平台上的电流测量装置（2）和电压测量装置（3）；所述电流测量装置（2）包括两个同一轴线上的一端安装在测量平台上的固定架（201），安装在固定架上的电流探针座（5）和石墨棒夹持装置（4），两个固定架上的石墨棒夹持装置相互对应，石墨棒夹持装置夹住待测石墨棒（7）后，两个固定架上的电流探针座分别与待测石墨棒的两端接触；所述电压测量装置（3）包括固定在测量平台上的两个立柱（301）、分别活动安装在两个立柱上的两个支臂（303）、连接两个支臂的电压旋转杆（305）、固定在电压旋转杆上的两个电压探针座（302），其中电压旋转杆（302）与待测石墨杆（7）平行且待测石墨棒位于电压旋转杆的旋转轨道上，所述固定架（201）的顶端设置有固定管（202），固定管内设置直径缩小的挡圈（204），所述立柱（301）与支臂（303）之间设置有拉簧（304），拉簧的一端安装在立柱的顶端，另一端与支臂的顶端连接，所述石墨棒夹持装置（4）为带有角度标记（402）的旋转管（401），旋转管插接在固定管（202）内且两者之间形成间隙配合，所述固定管的管口上设置有基准标记（203），所述电流探针座（5）包括探杆（502）、弹簧（503）、插接管（504）和电流探针固定装置（505），其中探杆的一端设置有直径大于探杆杆身直径的探头（501），电流探针固定装置安装在探杆的另一端，插接管（504）一端为带轴孔的封闭面，轴孔的直径大于探杆杆身直径小于弹簧的外径，弹簧（503）套在探杆（502）上，插接管的封闭面位于弹簧和电流探针固定装置之间，插接管的开口端朝向探头，插接管（504）插接在固定管（202）内。

2.如权利要求1所述的可控四探针的石墨电阻测试装置，其特征在于，所述固定架（201）的外侧安装有调距装置（6），调距装置包括调距杆（601）、调距柱（603）、压簧（602）和调距螺母（604），其中调距柱固定在固定架同一轴线的测量平台（1）上，调距柱上设置有通孔，调距螺母通过螺纹拧在调距杆的一端，调距杆的另一端穿过通孔与固定架（201）连接，压簧套在固定架与调距柱之间的调距杆上，压簧的外径大于通孔的内径，调距杆连接的固定架与测量平台之间不固定。

3.如权利要求2所述的可控四探针的石墨电阻测试装置，其特征在于，与调距杆（601）连接的固定架（201）与测量平台（1）之间为滑槽连接，滑槽设置在测量平台上且位于调距装置和固定架的轴线上，固定架的底部设置有与滑槽相配合的滑板，在调距杆的拉动下滑板带动固定架沿滑槽进退。

4.如权利要求1所述的可控四探针的石墨电阻测试装置，其特征在于，所述电压旋转杆（305）有两个且平行安装在支臂（303）上，在两个电压旋转杆上安装有两个固定块（309），所述固定块上设置有两个与电压旋转杆（305）位置对应的贯穿孔（310），在两个贯穿孔之间设置有与贯穿孔垂直的垂直孔（311），电压探针座（302）通过垂直孔（311）固定在固定块（309）上，两个电压旋转杆（305）分别穿过相应的贯穿孔（310）；

或 所述固定块（309）由两个对称的固定板（312）组成，固定板上与两个电压旋转杆（305）对应的位置上开有弧形凹槽（313），两个弧形凹槽中间的位置上开有与弧形凹槽垂直的垂直孔（311），两个固定板上设置有对应的螺孔（314），两个固定板通过螺栓穿过螺孔而固定在电压旋转杆上。

5.如权利要求4所述的可控四探针的石墨电阻测试装置，其特征在于，所述电流探针固定装置（505）由依次安装在探杆(502)上的固定螺母(508)、两个夹持垫片(507)和调节螺母(506)组成，电流接入端（509）卡在两个夹持垫片（507）之间，固定螺母和调节螺母利用螺纹安装在探杆上；

或 所述电流探针固定装置（505）为设置在探杆（502）径向上的螺孔及螺孔内的固定螺栓（510），电流接入端（509）卡在固定螺栓上；

或 所述电流探针固定装置（505）为设置在探杆（502）径向或轴向上的内凹孔及与内凹孔相通且垂直的螺孔，螺孔内安装有固定螺栓（510），电流接入端（509）插在内凹孔中。

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