CN103675456B - 四探针电阻测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四探针电阻测试装置，该四探针电阻测试装置包括由管筒夹活动连接在一起的测阻探针组件和样品台组件，测阻探针组件上设置有测阻探针，样品台组件上设置有样品台，测阻探针在管筒夹的咬合力作用下紧紧抵在样品台的上表面。本发明的四探针电阻测试装置对电阻的测试为接触式测试，避免了传统四探针电阻测试方法中用银浆粘接的方式，一方面，不会污染待测样品，使待测样品可以继续使用或者进行二次测试；另一方面，避免了银浆粘接造成的四探针位置不能准确控制，提高测量精度；同时，测量温度不再受银浆的氧化温度限制，理论上测试温度可以达到铂丝的熔点1680℃。

Description

四探针电阻测试装置

技术领域

本发明属于材料测试技术领域，具体涉及一种四探针电阻测试装置。

背景技术

准确、方便、快速且智能化地测试材料在较大温度范围内随温度变化而变化的电阻值是一个难点，难度在于:

1)、准确测试材料的电阻，最好采用标准四探针形式，在高温下做四探针用的材料要求很高，既耐高温又耐氧化；

2)、要在内径只有35mm左右的管式炉里的刚玉管中进行测试，空间狭小，对测试装置的设计制造造成困难；

3)、管式炉自身的温度仪不能准确反映样品的温度，必须提供一个能准确反映样品温度的测温装置。

采用四探针测试变温电阻时，一般的做法是将四根耐高温、耐氧化金属丝通过银浆粘接在样品上，进而进行电阻测量。这种方法的不足在于：一方面，高温下，导电银浆容易氧化，导致接探头与样品触不良和一些界面问题且银浆在高温条件下容易与样品相互扩散，污染样品，不能二次测试；另一方面，银浆焊接的方式决定了四个探针间的距离不能被准确控制，且每测一个样品都要焊接，测量误差增大且测试复杂，因此，该方法在高温下测试效果不大好。

目前的测试方法中，通常将一根热电偶置于待测样品的旁边进行待测试验温度的测量，或者直接将管式炉的温度数值记为待测样品的温度值，这些方法均不能达到待测试样温度的准确测量。这是由于热电偶的位置比较随意，而管式炉的温度传感器一般用的K型热电偶，K型热电偶本身精度不够高，再加上热电偶的探头位于刚玉管的外面，而给管式炉提供热源的四根硅碳棒也位于刚玉管外部，测出的温度只是刚玉管的外部温度，刚玉管本身具有绝热特性，所以位于密封的刚玉管内部中心处样品的实际温度与管式炉自身的温度仪显示的温度并不一致。升温的时候，样品实际温度低于显示温度；降温的时候，高于显示温度，实际情况中，升温过程中刚玉管内部中心处的样品温度比管式炉自身温度低30左右，如果快速升降温，内外温度差别更大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述问题，提供一种不会造成待测样品污染、且能快速、准确测量待测样品变温电阻和实时温度的四探针电阻测试装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种四探针电阻测试装置，包括管筒夹、测阻探针组件和样品台组件，测阻探针组件和样品台组件通过管筒夹活动连接在一起；

测阻探针组件包括水平陶瓷管一、竖直陶瓷管、紧固件一和镍丝一，竖直陶瓷管通过镍丝一、紧固件一与水平陶瓷管一的一端固定相连，水平陶瓷管一的另一端与管筒夹固定连接；所述竖直陶瓷管内部设置有四个位于同一条直线上的通孔，每个通孔内均设置有一根测阻探针，测阻探针为一端打磨为针尖状、另一端折成直角的铂铱丝，打磨成针尖状的一端穿过竖直陶瓷管上所设置的通孔且针尖露出管口；所述水平陶瓷管一内部设有四个大小相同的通孔，每个通孔内均设置于一根铂铱丝，每根铂铱丝的一端与测阻探针折成直角的一端固定相连，另一端露出水平陶瓷管一管口；

样品台组件包括水平陶瓷管二、样品台、紧固件二和镍丝一，所述样品台设置在紧固件二上，紧固件二通过镍丝二与水平陶瓷管二的一端固定相连，水平陶瓷管二的另一端与管筒夹固定相连；

所述竖直陶瓷管的中心与管筒夹中心的距离和样品台中心与管筒夹中心的距离相等，在管筒夹咬合力的作用下测阻探针抵在样品台的上表面上。

进一步地，所述测阻探针组件竖直陶瓷管内部所设置的四个孔的孔心距为1mm。

进一步地，所述测阻探针组件水平陶瓷管一内设置的铂铱丝与竖直陶瓷管内设置的测阻探针通过弧焊焊接在一起。

进一步地，所述露出测阻探针组件水平陶瓷管一管口的铂铱丝均焊接有一段镍丝或铂丝。

进一步地，所述管筒夹包括弹簧、固定在弹簧两侧的夹持片、固定在夹持片上的钢管和设置于钢管上的螺钉，所述钢管的内径大于测阻探针组件的水平陶瓷管一及样品台组件的水平陶瓷管二的外径，测阻探针组件的水平陶瓷管一及样品台组件的水平陶瓷管二套入所述钢管内并通过螺钉实现位置的固定。

进一步地，所述样品台组件的水平陶瓷管二内设置有两个通孔，两个通孔内分别设有一根铂铑合金丝和铂丝，所述铂铑合金丝和铂丝的一端通过弧焊焊接一起并形成一个圆球状焊接点，该焊接点作为测温探头，所述测温探头靠近样品台的边缘，所述铂铑合金丝和铂丝的另一端均露出样品台组件水平陶瓷管二的管口。

进一步地，所述露出样品台组件水平陶瓷管二管口的铂铑合金丝和铂丝上分别焊接有一段镍丝或铂丝。

进一步地，一种基于所述四探针电阻测试装置的电阻测试装置，包括四探针电阻测试装置、电阻仪、温度仪、管式炉、气瓶、抽气机、进气法兰和排气法兰，其中，所述四探针电阻测试装置密封于管式炉的刚玉管中且样品台正好位于刚玉管的中心，刚玉管的一端通过进气法兰与气瓶固定连接，另一端通过排气法兰与抽气机固定相连，焊接在四探针电阻测试装置测阻探针组件水平陶瓷管一内铂铱丝上的镍丝或铂丝穿过排气法兰将测阻探针与电阻仪相连，焊接在四探针电阻测试装置样品台组件水平陶瓷管二内铂铑合金丝和铂丝上的镍丝或铂丝穿过排气法兰将测温探头与温度仪相连。

进一步地，所述抽气机为设置有尾气处理装置的抽气机。

进一步地，所述四探针电阻测试装置测阻探针组件的水平陶瓷管一及样品台组件的水平陶瓷管二的一端均设有密封连接管件，密封连接管件与水平陶瓷管二连接的一端为空心圆筒，水平陶瓷管二套入所述空心圆筒内；密封连接管件的另一端为螺栓及与螺栓配合的螺母；螺栓穿过排气法兰上设置的通孔并通过螺母实现密封连接管件与排气法兰密封连接；与测阻探针组件水平陶瓷管一相连的密封连接管件的内部设有四个与测阻探针组件水平陶瓷管一内所设通孔位置一致，大小相等的通孔，焊接在水平陶瓷管一内铂铱丝上的镍丝或铂丝穿过所述通孔，进而与电阻仪相连；与样品台组件水平陶瓷管二相连的密封连接管件的内部设有两个与样品台组件水平陶瓷管二内所设通孔位置一致、大小相等的通孔，焊接在水平陶瓷管二内铂铑合金丝及铂丝上的镍丝或铂丝穿过所述通孔与温度仪相连。

进一步地，所述密封连接管件的材质为聚四氟乙烯或聚酰亚胺。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的四探针电阻测试装置对电阻的测试为接触式测试，避免了传统四探针电阻测试方法中用银浆粘接的方式，一方面，不会污染待测样品，使待测样品可以继续使用或者进行二次测试；另一方面，避免了银浆粘接造成的四探针位置不能准确控制，提高测量精度；同时，测量温度不再受银浆的氧化温度限制，理论上测试温度可以达到铂丝的熔点1680℃。

(2)本发明的四探针电阻测试装置采用管筒夹，并在管筒夹咬合力的作用下实现测阻探针与样品的紧密接触，结构巧妙且可靠；

(3)本发明的四探针电阻测试装置在样品台组件设置了测温探头，该测温探头可以最大限度的靠近样品待测试样，可以准确测量待测样式的实时温度；

(4)本发明的电阻测试装置将四探针电阻测试装置密封于管式炉的刚玉管内，实现了测量环境的密封，便于测量待测试样在特定气氛下的变温电阻及定温条件下随气氛种类、流量和浓度变化而变化的电阻；

(5)本发明的电阻测试装置配置有带尾气处理装置，可以方便的测试待测试验在有毒气氛下的变温电阻及定温条件下随待测试样气氛种类、流量和浓度变化而变化的电阻；

(6)采用本发明的电阻测试装置测量待测试样电阻时，可以从电阻仪测得待测试样在某种特定气氛下的电阻—时间数据，从温度仪上测得待测试样在某种特定气氛下的温度—时间数据，进而得到在这种特定气氛下待测试样的电阻—温度数据，即该特定气氛下待测试样的电阻随温度变化的属性，这样的标准化测试具有非常重要的实用意义。

附图说明

图1为本发明的四探针电阻测试装置的结构示意图；

图2为本发明的四探针电阻测试装置竖直陶瓷管的结构示意图；

图3为本发明的四探针电阻测试装置测阻探针组件水平陶瓷管一的结构示意图；

图4为本发明的四探针电阻测试装置管筒夹的结构示意图；

图5为本发明的四探针电阻测试装置样品台组件水平陶瓷管二的结构示意图；

图6为本发明的电阻测试装置的结构示意图；

图7为本发明的电阻测试装置密封连接管件的结构示意图；

图8为本发明的电阻测试装置排气法兰的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本实施例中的四探针电阻测试装置包括管筒夹1、测阻探针组件2和样品台组件3，测阻探针组件2和样品台组件3通过管筒夹1活动连接在一起；

测阻探针组件2包括水平陶瓷管一21、竖直陶瓷管22、紧固件一23和镍丝一24，竖直陶瓷管22通过镍丝一24、紧固件一23与水平陶瓷管一21的一端固定相连，水平陶瓷管一21的另一端与管筒夹1固定连接；如图2所示，与标准四探针针尖距离一样，竖直陶瓷管22内部设置有四个孔心距优选为1mm且位于同一条直线上的通孔，每个通孔内均设置有测阻探针25，测阻探针25为一端打磨为针尖状、另一端针尖折成直角的铂铱丝，打磨成针尖状的一端穿过竖直陶瓷管22上所设置的通孔且针尖露出管口；如图3所示，水平陶瓷管一21内部设有四个大小相同的通孔，每个通孔内均设置有一根铂铱丝，每根铂铱丝的一端与测阻探针25折成直角的一端固定相连，另一端露出水平陶瓷管管口且其上焊接有一段镍丝或铂丝26，方便与电阻仪连接；

样品台组件3包括水平陶瓷管二31、样品台32、紧固件二33和镍丝二34，样品台32设置在紧固件二33上，紧固件二33通过镍丝二34与水平陶瓷管二31的一端固定相连，水平陶瓷管二31的另一端与管筒夹1固定相连；

竖直陶瓷管22的中心与管筒夹1中心的距离和样品台32的中心与管筒夹1中心的距离相等，在管筒夹1咬合力的作用下测阻探针25抵在样品台32的上表面上，当装上待测试样时，测阻探针25则仅仅抵在待测试样的上表面上。

为了保证连接质量和使用寿命，本实施例中测阻探针组件2的水平陶瓷管一21内设置的铂铱丝与竖直陶瓷管22内设置的铂铱丝，即测阻探针25优先选用弧焊的方式焊接在一起。

为了保证测阻探针组件2和样品台组件3的良好配合，提高测量结果的准确性，如图4所示，本实施例中的管筒夹1包括弹簧11、固定在弹簧11两侧的夹持片12、固定在夹持片12上的钢管13和设置于钢管13上的螺钉14，钢管13的内径大于测阻探针组件2及样品台组件3的水平陶瓷管一21、水平陶瓷管二31的外径，测阻探针组件2及样品台组件3的水平陶瓷管一21、水平陶瓷管二31分别套入钢管13内并通过螺钉14实现位置的固定。

为了得到待测试样电阻随温度的变化关系，并实现待测试样实时温度的准确测量，如图5所示，本实施例中的样品台组件3的水平陶瓷管二31内设置有两个通孔，两个通孔内分别设有铂铑合金丝和铂丝，所述铂铑合金丝和铂丝的一端通过弧焊焊接一起并形成一个圆球状焊接点，该焊接点作为测温探头35，测温探头35靠近样品台的边缘，铂铑合金丝和铂丝的另一端均露出样品台组件水平陶瓷管的管口且其上分别焊接有一段镍丝或铂丝36，方便与温度计相连接。

一种基于本实施例中的四探针电阻测试装置的电阻测试装置，如图6所示，包括四探针电阻测试装置1＇、电阻仪2＇、温度仪3＇、管式炉4＇、气瓶5＇、抽气机6＇、进气法兰7＇和排气法兰8＇，其中，四探针电阻测试装置1＇密封于管式炉4＇的刚玉管41＇中且样品台32正好位于刚玉管41＇的中心，即热源的中心处，刚玉管41＇的一端通过进气法兰7＇与气瓶5＇固定连接，另一端通过排气法兰8＇与抽气机6＇固定相连，焊接在四探针电阻测试装置1＇测阻探针组件2水平陶瓷管一21内铂铱丝上的镍丝或铂丝26穿过排气法兰8＇上的通孔(排气法兰8＇结构如图8所示)将测阻探针25与电阻仪2＇相连，焊接在四探针电阻测试装置1＇样品台组件3水平陶瓷管二31内铂铑合金丝和铂丝上的镍丝或铂丝36穿过排气法兰8＇上的通孔将测温探头35与温度仪3＇相连。

采用上述电阻测试装置测量待测试样电阻时，可以从电阻仪2＇测得待测试样在某种特定气氛下的电阻—时间数据，从温度仪3＇上测得待测试样在某种特定气氛下的温度—时间数据，进而得到在这种特定气氛下待测试样的电阻—温度数据，即该特定气氛下待测试样的电阻随温度变化的属性，该属性是待测试样的物理属性，可以被用在该待测试样的其他应用场合。这样的标准化测试具有非常重要的实用意义。

上述电阻测试装置可以测试某种特定气氛下，如氧气、氮气、二氧化碳等，待测试样的变温电阻，如上上述；此外，该电阻测试装置还可以测试定温条件下，待测试样的电阻随气氛种类、流量和浓度变化而变化的关系，也可以从测得的变化关系，由气氛种类推断待测试样的种类、由待测试样的种类判断气氛的种类，为气敏传感器的研究提供了一种可靠而适用研究手段。

为了便于测量有毒气体气氛下的待测试样，上述电阻测试装置的抽气机6＇为设置有尾气处理装置的抽气机。

测量特定气氛下待测试样的电阻，尤其是有毒气氛的情况下，防止气体泄漏显得异常重要，因此，上述四探针电阻测试装置1＇被密封在管式炉4＇的刚玉管41＇内，密封的方式有多种，这里给出一种比较结构简单、方便实用的密封方式，具体如下：四探针电阻测试装置1＇的测阻探针组件2及样品台组件3的水平陶瓷管一21、水平陶瓷管二31的一端均设有密封连接管件27、37，密封连接管件27、37与水平陶瓷管一21、水平陶瓷管二31连接的一端为空心圆筒271、371，另一端为螺栓272、372及与螺栓272、372配合的螺母273、373，如图7所示；螺栓272、372穿过排气法兰8＇上设置的通孔并通过螺母273、373实现密封连接管件27、37与排气法兰8＇密封连接，排气法兰8＇的结构如图8所示；密封连接管件27的内部设有四个与测阻探针组件2水平陶瓷管一21内所设通孔位置一致，大小相等的通孔，焊接在水平陶瓷管一21内铂铱丝上的镍丝或铂丝26穿过所述通孔，进而与电阻仪21＇相连；密封连接管件37的内部设有两个与样品台组件3水平陶瓷管二31内所设通孔位置一致、大小相等的通孔，焊接在水平陶瓷管二31内铂铑合金丝及铂丝上的镍丝或铂丝36穿过所述通孔与温度仪3＇相连。

聚四氟乙烯是一种公认的耐高温、柔韧性好、具有良好密闭性，且易于加工的材料，因此，本实施例中的密封连接管件27、37的材质均优选为聚四氟乙烯，为了进一步提高电阻测试装置的耐高温性，密封连接管件27、37的材质也可以选用聚酰亚胺。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种四探针电阻测试装置，其特征在于：包括管筒夹、测阻探针组件和样品台组件，测阻探针组件和样品台组件通过管筒夹活动连接在一起；

测阻探针组件包括水平陶瓷管一、竖直陶瓷管、紧固件一和镍丝一，竖直陶瓷管通过镍丝一、紧固件一与水平陶瓷管一的一端固定相连，水平陶瓷管一的另一端与管筒夹固定连接；所述竖直陶瓷管内部设置有四个位于同一条直线上的通孔，每个通孔内均设置有一根测阻探针，测阻探针为一端打磨为针尖状、另一端折成直角的铂铱丝，打磨成针尖状的一端穿过竖直陶瓷管上所设置的通孔且针尖露出竖直陶瓷管管口；所述水平陶瓷管一内部设有四个大小相同的通孔，每个通孔内均设置有一根铂铱丝，每根铂铱丝的一端与测阻探针折成直角的一端固定相连，另一端露出水平陶瓷管一管口；

样品台组件包括水平陶瓷管二、样品台、紧固件二和镍丝二，所述样品台设置在紧固件二上，紧固件二通过镍丝二与水平陶瓷管二的一端固定相连，水平陶瓷管二的另一端与管筒夹固定相连；

所述竖直陶瓷管的中心与管筒夹中心的距离和样品台中心与管筒夹中心的距离相等，在管筒夹咬合力的作用下测阻探针抵在样品台的上表面上。

2.根据权利要求1所述的四探针电阻测试装置，其特征在于：所述测阻探针组件竖直陶瓷管内部所设置的四个孔的孔心距为1mm。

3.根据权利要求1所述的四探针电阻测试装置，其特征在于：所述测阻探针组件水平陶瓷管一内设置的铂铱丝与竖直陶瓷管内设置的测阻探针通过弧焊焊接在一起。

4.根据权利要求1所述的四探针电阻测试装置，其特征在于：露出测阻探针组件水平陶瓷管一管口的所述铂铱丝上均焊接有一段镍丝或铂丝。

5.根据权利要求1所述的四探针电阻测试装置，其特征在于：所述管筒夹包括弹簧、固定在弹簧两侧的夹持片、固定在夹持片上的钢管和设置于钢管上的螺钉，所述钢管的内径大于测阻探针组件的水平陶瓷管一及样品台组件的水平陶瓷管二的外径，测阻探针组件的水平陶瓷管一及样品台组件的水平陶瓷管二套入所述钢管内并通过螺钉实现位置的固定。