CN103163375A - 一种固液导体接触电阻测量方法 - Google Patents

一种固液导体接触电阻测量方法 Download PDF

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Abstract

一种固液导体接触电阻测量方法，测量两固体导体与液态导体之间的接触电阻Rab的方法是首先把一对固体导体（1、2）固定在绝缘材料制成的长方形槽（14）内的两端，两个固体导体（1、2）之间的间距为L1，倒入高度为H的液态导体，两个固体导体间是体积为A的液态导体，测量两个固体导体间的电阻Rab1；然后改变两个固体导体（1、2）间距为L2，L2<L1，两个固体导体间是体积为B的液态导体，B<A，测量两个固体导体间的电阻Rab2；再次改变两个固体导体（1、2）的位置，使两个固体导体（1、2）间距为L3，L3=L1-L2，两个固体导体间是体积为C的液态导体，C=A-B，测量两个固体导体间的电阻Rab3。最后用差值法消去除接触电阻以外的所有阻值，求得接触电阻Rab。

Description

一种固液导体接触电阻测量方法
技术领域
本发明涉及一种固液导体接触电阻测量方法。
技术背景
在液态金属磁流体发电机中，磁流体发电通道内液态金属和固体电极之间存在电极压降，并将此电极压降定义为接触电阻产生的压降。液态金属直接与固体电极接触，液态金属中的电流通过固体电极输出，因而，液态金属与固体电极间的电接触性能，直接影响液态金属磁流体发电机的输出特性。
接触电阻是指两个接触导体（元件）在接触部位产生的电阻，即接触表面两边的电位差与通过接触表面的电流的比值，符合欧姆定律。接触电阻是接触导体的界面间电接触性能的主要特征参数。目前，对固体材料界面的接触电阻的研究较多，而对于固液导体接触面的接触电阻研究比较少。
中国专利CN102735894A提出一种插入式接触电阻测量夹头，中国专利CN202421226U提出一种小接触电路回路电阻测试钳，中国专利CN202351274U提出一种开关接触电阻测量钳，均无法测量固体导体与液体导体之间的接触电阻。
中国专利CN102707149A提出的积分式接触电阻测量系统及测量方法，中国专利CN102707153A提出的基于电压——频率变换法的接触电阻测量系统，中国专利CN102565537A提出的一种滑动电接触模拟测试系统，中国专利CN201218825Y提出的接触电阻测量装置，中国专利CN101021558A提出的采用三环法测量导电环接触电阻的方法，中国专利CN101363881A提出的电阻测试方法，中国专利CN101441234A提出的一种自适应稳定接触的电阻测量装置，均不适用在固体导体与液体导体之间的接触电阻测量。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术不能测量固体导体与液体导体之间的接触电阻的缺点，提出一种测量固液导体接触电阻的方法。
本发明测量方法使用的工具和设备包括：一个绝缘材料制成的长方形的槽和电阻测量仪。所述的绝缘材料制成的长方形槽内盛有液态导体。一对长方形的固体导体的长宽高相等。所述的固体导体的宽度与所述的绝缘材料制成的长方形槽内短边的宽度相等。两个固体导体分别插入所述的槽内两端。两个固体导体的一部分浸入液态导体中，另一部分露出液态导体液面。浸入液态导体的固体导体部分在与液态导体接触面上的任意点都是同等电位。测量前，固体导体除了与液态导体所接触的表面，其余表面，如：固体导体与液态导体接触面的背面、固体导体与液态导体接触面相邻的左右两个侧面和浸泡在液态导体里固体导体的底面，均均匀涂抹有绝缘胶，使固体导体除与液态导体接触的表面外的其余表面绝缘，以防止测量过程中其余表面与液态导体接触导致漏电。电阻测量仪的夹子夹在固体导体未浸入液态导体的部分的两端，测量两个固体露出液态导体液面部分的电阻，并对电阻测量仪的夹子所夹固体导体的这两处位置做标记，以使每次测量两个固体导体之间的电阻时电阻测量仪的夹子都夹在同一位置，保证两个导体之间的电阻中两个固体露出液态导体液面部分的电阻保持不变。
本发明测量方法的原理是通过改变浸在液态导体内的固体导体之间的距离，测量不同距离下两固体导体之间的电阻，然后通过差值法消除两固体导体电阻和液态导体电阻，求出两个固体导体与液态导体的接触电阻。
本发明测量方法的步骤如下：
1、首先把一对固体导体固定在所述的绝缘材料制成的长方形槽内的两端，用游标卡尺测量两个固体导体之间的间距为L1，在所述的槽内倒入高度为H的液态导体，两个固体导体之间的液态导体体积为A。用电阻测量仪测量两个固体导体之间的电阻Rab1；
2、然后改变两个固体导体之间的间距，用游标卡尺测量两个固体导体之间的间距为L2，L2<L1，两个固体导体之间的液态导体体积为B，B<A，用电阻测量仪测量两个固体导体间的电阻Rab2；
3、再次改变两个固体导体的位置，用游标卡尺测量两个固体导体之间的间距为L3，L3=L1-L2，两个固体导体之间的液态导体体积为C，C=A-B，用电阻测量仪测量两个固体导体间的电阻Rab3。
测量过程中，因为液态导体的高度H保持不变，所以两个固体导体与液态导体的接触面也就保持不变。整个测量过程中，两个固体导体与液态导体的接触电阻Rab保持不变。所述的步骤1测量得到的两个固体导体之间的电阻Rab1中包括两个固体导体的电阻、体积为A的液态导体的电阻和两个固体导体与液态导体的接触电阻Rab；所述的步骤2测量得到的两个固体导体之间的电阻Rab2中包括两个固体导体的电阻、体积为B的液态导体的电阻和两个固体导体与液态导体的接触电阻Rab；所述的步骤3测量得到的两个固体导体之间的电阻Rab3中包括两个固体导体的电阻、体积为C的液态导体的电阻和两个固体导体与液态导体的接触电阻Rab。因为
Figure BDA00002841787100021
电阻R的大小只与电阻率ρ，长度l和截面积S有关，在同一温度下，体积为A的液态导体、体积为B的液态导体和体积为C的液态导体的电阻率相同，所述步骤1、2和3的测量过程中，两个固体导体与液态导体的接触面积不变，所以体积为A的液态导体的电阻为
Figure BDA00002841787100031
体积为B的液态导体的电阻为和体积为C的液态导体的电阻为
Figure BDA00002841787100033
因为L1＝L2+L3，所以可得出
Figure BDA00002841787100034
即RA=RB+RC，其中，ρ为液态导体电阻率，S为液态导体导电面积。所以体积为A的液态导体的电阻等于体积为B的液态导体和体积为C的液态导体的电阻之和。最后用差值法可消去除接触电阻以外的所有阻值，求得接触电阻Rab。
本发明能够精确的测量出固液导体的接触电阻，并且通过多次测量能够得出不同固液导体电接触特性，从而可以分析固液导体接触电阻对液态金属磁流体发电机的输出特性的影响。
附图说明
图1为测量固体导体和液态导体接触面高度示意图；
图2为两固态导体电阻测量方法示意图；
图3a为对两固态导体进行绝缘处理主视图；
图3b为对两固态导体进行绝缘处理俯视图；
图3c为对两固态导体进行绝缘处理左视图；
图4为第一次测量两固态导体之间的电阻示意图；
图5为第二次测量两固态导体之间的电阻示意图；
图6为第三次测量两固态导体之间的电阻示意图。
图中：1第一固体导体、2第二固体导体、3体积为A的液态导体、4体积为B的液态导体、5体积为C的液态导体、6第一固体导体上端标记、7第二固体导体上端标记、8第一固体导体下端标记、9第二固体导体下端标记、10固体导体和液态导体接触面、11固体导体与液态导体接触面的背面、12固体导体与液态导体接触面相邻的左右两个侧面、13浸在液态导体里固体导体的底面、14绝缘材料制成的长方形槽。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
本发明测量装置为一个绝缘材料制成的长方形槽14，还需要配置一台电阻测量仪。如图1所示，一对长宽高相等的长方形固体导体1和2插入所述的槽14的两端，一对固体导体1、2的宽度与所述的槽14内短边的宽度相等。电阻测量仪和一对固体导体1、2连接，测量电阻值。
本发明测量方法的步骤如下：
1、如图1所示，将一对固体导体1、2固定放置在长方形槽14的两端，在槽14内倒入体积为A的液态导体3，用游标卡尺测量液态导体3的高度H和第一固态导体1和第二固体导体2的间距L1。
2、如图2所示，取出一对固体导体1、2，因为液态导体3的高度为H，所以一对固体导体1、2浸入在液态导体的长度即为H，所以在一对固体导体1、2未没入到液态导体的固体导体的上下两端做标记，在第一固体导体1上标记：上端标记6和下端标记8；在第二固体导体2上标记：上端标记7和下端标记9。然后用电阻测量仪的夹子夹在第一固体导体1的上端标记6和下端标记8，测量出第一固体导体1露出液态导体3部分的电阻ra；同样用电阻测量仪的夹子夹在第二固体导体2的上端标记7和下端标记9，测量出第二固体导体2露出液态导体3部分的电阻rb。
3、在第一固体导体1和第二固体导体2除了与液态导体3的接触面10外的其余表面做绝缘：用绝缘胶均匀涂抹在固体导体与液态导体接触面的背面11，如图3b所示；固体导体与液态导体接触面相邻的左右两个侧面12，如图3a所示；浸泡在液态导体里的固体导体的底面13，如图3c所示；使上述表面绝缘，保证在测量过程中与液态导体不导电。液体导体高度为H，所以绝缘只需保证固体导体除与液态导体3的接触面10外的其余表面不漏电即可。
4、如图4所示，把做了绝缘的一对固体导体1、2固定在长方形槽14的两端，使固体导体1、2和液态导体的两个接触面相对。两个固体导体1、2的间距为L1，两个固体导体1、2之间的液态导体3的体积为A，此时用电阻测量仪的夹子分别夹在第一固体导体1的上端标记6处和第二固体导体2的上端标记7处，测量出两个固体导体1、2间的电阻Rab1。
5、如图5所示，移动固体导体，改变两个固体导体1、2的间距，用游标卡尺测量固体导体1、2间距为L2，L2<L1。此时固体导体1、2之间的液态导体4的体积为B，B<A，此时用电阻测量仪的夹子分别夹在两个固体导体1的上端标记6处和第二固体导体2的上端标记7处，测量出两个固体导体1、2间的电阻Rab2。
6、如图6所示，再次改变两个固体导体1、2的位置，用游标卡尺测量两个固体导体1、2之间的距离为L3，L3=L1-L2，固体导体1、2之间的液态导体5的体积为C，C=A-B，此时用电阻测量仪的夹子分别夹在第一固体导体1的上端标记6处和第二固体导体2的上端标记7处，测量出两个固体导体1、2间的电阻Rab3。
7、最后用差值法消去除接触电阻以外的所有阻值，求得接触电阻Rab。
计算方法如下：
设上述步骤4中体积为A的液态导体3的电阻为RA、步骤5中体积为B的液态导体4的电阻为RB，步骤6中体积为C的液态导体5的电阻为RC。
已知电阻为：第一固体导体1的电阻ra，第二固体导体2的电阻rb，三次测量总电阻Rab1、Rab2、Rab3。
Rab1=ra+RA+rb+Rab
Rab2=ra+RB+rb+Rab
Rab3=ra+RC+rb+Rab
RA=RB+RC
通过Rab1-Rab2可求出RC的值：
Rab1-Rab2=ra+RA+rb+Rab-ra-RB-rb-Rab=RA-RB=RC
把RC的值代入Rab3中，即可得出接触电阻Rab的值：
Rab=Rab3-ra-RC-rb
通过上述推导则求出两个固体导体1、2与液态导体之间接触电阻Rab的值。
本发明测量方法可以通过多次测量，取接触电阻Rab平均值，得到最为精确的接触电阻值。

Claims (3)

1.一种固液导体接触电阻测量方法，其特征在于：所述的测量方法步骤如下：
（1）首先把一对固体导体（1、2）固定在绝缘材料制成的长方形槽（14）内的两端，用游标卡尺测量两个固体导体（1、2）之间的间距为L1，在所述的槽（14）内倒入高度为H的液态导体，两个固体导体（1、2）之间的液态导体体积为A；用电阻测量仪测量两个固体导体（1、2）之间的电阻Rab1；
（2）然后改变两个固体导体（1、2）之间的间距，用游标卡尺测量两个固体导体之间的间距为L2，L2<L1，两个固体导体（1、2）之间的液态导体体积为B，B<A，用电阻测量仪测量两个固体导体间的电阻Rab2；
（3）再次改变两个固体导体（1、2）的位置，用游标卡尺测量两个固体导体（1、2）之间的间距为L3，L3=L1-L2，两个固体导体（1、2）之间的液态导体体积为C，C=A-B，用电阻测量仪测量两个固体导体（1、2）之间的电阻Rab3；
（4）最后用差值法消去除接触电阻以外的所有阻值，求得接触电阻Rab。
2.按照权利要求1所述的固液导体接触电阻测量方法，其特征在于：所述的步骤（4）的计算方法如下：
设所述的体积为A的液态导体3的电阻为RA、体积为B的液态导体4的电阻为RB，体积为C的液态导体5的电阻为RC；
已知电阻为：第一固体导体1的电阻ra，第二固体导体2的电阻rb，三次测量两个固体导体间的电阻为Rab1、Rab2、Rab3；
Rab1=ra+RA+rb+Rab
Rab2=ra+RB+rb+Rab
Rab3=ra+RC+rb+Rab
RA=RB+RC
通过Rab1-Rab2可求出RC的值：
Rab1-Rab2=ra+RA+rb+Rab-ra-RB-rb-Rab=RA-RB=RC
把RC的值代入Rab3中，即可得出接触电阻Rab的值：
Rab=Rab3-ra-RC-rb。
3.按照权利要求2所述的固液导体接触电阻测量方法，其特征在于：所述的体积为A的液态导体的电阻为
Figure FDA00002841787000021
体积为B的液态导体的电阻为
Figure FDA00002841787000022
体积为C的液态导体的电阻为
Figure FDA00002841787000023
两个固体导体（1、2）之间的间距L1=L2+L3，所以可得出
Figure FDA00002841787000024
即RA=RB+RC，其中，ρ为液态导体电阻率，S为液态导体导电面积；体积为A的液态导体（3）的电阻Rab1等于体积为B的液态导体（4）的电阻和体积为C的液态导体（5）的电阻之和。
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