CN217034100U - 四端子法测量导电纤维线电阻的装置 - Google Patents

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张�林
赵润
徐锦龙
汪丽霞
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Abstract

本实用新型涉及一种四端子法测量导电纤维线电阻的装置，包括硬质绝缘板、四个导电端子、直流电源、万用表(或电压表)和四根导线；四个导电端子的一端同时固定在硬质绝缘板上，另一端为接触端；四个导电端子的接触端位于硬质绝缘板上方、下方或侧方的同一直线上，中间的两个导电端子的接触端间隔一定的距离L；中间的两个导电端子的接触端分别与万用表的COM孔和VΩ孔(或电压表的正极和负极)通过导线连接，两侧的两个导电端子的接触端分别与直流电源的正极和负极通过导线连接。本实用新型的四端子法测量导电纤维线电阻的装置结构简单，能够准确且稳定地测试导电性优异的导电纤维的线电阻。

Description

四端子法测量导电纤维线电阻的装置
技术领域
本实用新型属于功能纤维检测技术领域，涉及一种四端子法测量导电纤维线电阻的装置。
背景技术
在导电纤维的应用过程中，常需要简单测试导电纤维的线电阻，单位为Ω/cm，通常采用万用表或其他类似设备，通过2个测试端连接到固定长度的纤维两端，读取电阻值后，除以固定长度得到线电阻数值。这个测试方法的主要误差来自于测试端的器件与纤维的接触电阻，通常范围在100～1000Ω之间，但因大部分导电纤维或抗静电纤维的线电阻为105Ω/cm甚至更高，接触电阻对其测试结果的影响较小。
然而，对于导电性优异的导电纤维(线电阻<103Ω/cm)而言，与接触电阻在一个数量级范围内，误差将会极大地影响测试结果的准确性和稳定性。
因此，研究一种能够解决上述问题的四端子法测量导电纤维线电阻的装置具有十分重要的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种四端子法测量导电纤维线电阻的装置。
为达到上述目的，本实用新型采用的方案如下：
四端子法测量导电纤维线电阻的装置，包括硬质绝缘板(例如环氧树脂复合板、云母绝缘板、聚氯乙烯绝缘板)、四个导电端子、直流电源、电压测量仪器和四根导线；
四个导电端子的一端同时固定在硬质绝缘板上，另一端为接触端；四个导电端子的接触端位于硬质绝缘板上方、下方或侧方的同一直线上，中间的两个导电端子的接触端间隔一定的距离L；
电压测量仪器为万用表，中间的两个导电端子的接触端分别与万用表的COM孔和VΩ孔通过导线连接，或者，电压测量仪器为电压表，中间的两个导电端子的接触端分别与电压表的正极和负极通过导线连接；两侧的两个导电端子的接触端分别与直流电源的正极和负极通过导线连接。
作为优选的技术方案：
如上所述的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，四个导电端子都为圆柱形结构，圆柱形相对于其他形状更能保证导电端子具有较大的接触面积，因而作为本实用新型优选的技术方案。
如上所述的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，L的取值范围为3～10cm，L的设置没有特别的标准，主要是适配纤维制备设备。
如上所述的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，两侧的两个导电端子的接触端的间距满足：直流电源以电压Vx与两侧的两个导电端子的接触端连接时能读出电流读数，电压Vx为直流电源的最大电压的60％。
如上所述的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，电压测量仪器为万用表时，中间的两个导电端子为万用表的两个表笔的一端，中间的两个导电端子的接触端分别与万用表的COM孔和VΩ孔通过导线连接即万用表的两个表笔的另一端分别插入万用表的COM孔和VΩ孔中。
如上所述的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，还包括纤维夹持装置，纤维夹持装置包括基板以及固定在基板上、间距排列的两个用于夹持纤维的夹持器。
如上所述的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，还包括与硬质绝缘板连接的垂直升降机构，硬质绝缘板竖直放置，四个导电端子的接触端位于硬质绝缘板侧方的同一直线上，垂直升降机构用于带动硬质绝缘板上下运动，可以达到纤维电阻在线检测的目的。
本实用新型的原理是：
现有的方法由万用表施加电压，并测试返回电流的方式测试电阻，因导电阻值与接触电阻的大小处于同等数量级，故波动较大，测量数值受接触力度等影响；
为解决测试高导电纤维的线电阻时遇到的测量不准确、不稳定的问题，去除接触电阻的影响，本实用新型以开尔文四线检测法(4端子法)为原理进行参考，设计了四端子法测量导电纤维线电阻的装置，通过稳流电源提供电流输出I，用万用表(电压表)测定中间两探针间的电压U，U/I即为待测段的电阻，测电压的过程也存在接触电阻，但接触电阻远小于万用表(电压表)内阻，对电压数值的影响可忽略不计，因此可测得较为准确和稳定的电阻值。
有益效果
(1)本实用新型的四端子法测量导电纤维线电阻的装置结构简单，能够准确且稳定地测试导电性优异的导电纤维的线电阻；
(2)本实用新型的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，可作为手持在线检测装置使用，场景灵活。
附图说明
图1为四端子法测量导电纤维线电阻的装置使用时的测量原理示意图；
图2为四端子法测量导电纤维线电阻的装置的原理示意图；
图3为使用本实用新型装置的测试方法与现有测试方法分别测试18次导电纤维得到的电阻折线图，即沿导电纤维长度方向依次选取18个长度为10cm的长度段进行电阻测试；
其中，1-硬质绝缘板，2-导电端子。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
四端子法测量导电纤维线电阻的装置，如图1～2所示，包括硬质绝缘板1、四个导电端子2、直流电源、电压测量仪器和四根导线；
四个导电端子2都为圆柱形结构，四个导电端子2的一端同时固定在硬质绝缘板1上，另一端为接触端；硬质绝缘板1竖直放置，四个导电端子2的接触端位于硬质绝缘板1侧方的同一直线上，中间的两个导电端子2的接触端间隔一定的距离L，L的取值范围为3～10cm；
电压测量仪器为万用表，中间的两个导电端子2为万用表的两个表笔的一端，中间的两个导电端子2的接触端分别与万用表的COM孔和VΩ孔通过导线连接即万用表的两个表笔的另一端分别插入万用表的COM孔和VΩ孔中；或者，电压测量仪器为电压表，中间的两个导电端子2的接触端分别与电压表的正极和负极通过导线连接；
两侧的两个导电端子2的接触端分别与直流电源的正极和负极通过导线连接；两侧的两个导电端子2的接触端的间距满足：直流电源以电压Vx与两侧的两个导电端子2的接触端连接时能读出电流读数，电压Vx为直流电源的最大电压的60％；
当对导电纤维进行非在线检测时，四端子法测量导电纤维线电阻的装置还包括纤维夹持装置，纤维夹持装置包括基板以及固定在基板上、间距排列的两个用于夹持纤维的夹持器；
当对导电纤维进行在线检测时，四端子法测量导电纤维线电阻的装置还包括与硬质绝缘板1连接的垂直升降机构，硬质绝缘板1竖直放置，四个导电端子2的接触端位于硬质绝缘板1侧方的同一直线上，垂直升降机构用于带动硬质绝缘板1上下运动。
本实用新型的四端子法测量导电纤维线电阻的装置的测量稳定性和准确性较高，现结合具体案例进行说明：
测试对象为导电纤维，导电纤维是通过后整理法制备得到的，具体是通过上浆工艺将导电浆料涂敷在纤维表面，烘干后得到的，参考文献为发明专利ZL201510884107.1水性碳纳米管染料及其组合物和导电纤维的制备方法；
电压测量仪器选用万用表，型号为福禄克(FLUKE)F101；
直流电源选用的牌号为HSPY200V-5A；
检测的方式选择非在线检测；
先用纤维夹持装置将导电纤维夹持，再使导电纤维接触到4根端子，中间两个端子的间距为固定距离L，L的取值为10cm，线电阻通过U/IL可以计算出；
如图3所示，上部波动较大的曲线为采用普通2端子法测试的纤维电阻，单位：Ω/10cm(L＝10cm)，由万用表施加电压U，并测试返回电流I的方式测试电阻，I＝U/(RJ+Rf)，RJ为接触电阻，Rf为导电纤维电阻，因Rf与RJ的大小处于同等数量级，故波动较大，测量数值受接触力度等影响；下部曲线是本实用新型的装置的测试结果，通过稳流电源提供电流输出I，用万用表测定中间两探针间的电压U，U/I即为待测段的电阻，测电压的过程也存在接触电阻，但电压读数为U＝I*(R0+RJ)，R0为电压表内阻，RJ为接触电阻，因RJ远小于R0，对电压数值的影响可忽略不计，所以可测得较为准确和稳定的电阻值，由此可知，本实用新型的四端子法测量导电纤维线电阻的装置检测导电纤维的电阻的阻值与采用普通2端子法测试的纤维电阻相比，更加精准和稳定。

Claims (7)

1.四端子法测量导电纤维线电阻的装置，其特征在于，包括硬质绝缘板、四个导电端子、直流电源、电压测量仪器和四根导线；
四个导电端子的一端同时固定在硬质绝缘板上，另一端为接触端；四个导电端子的接触端位于硬质绝缘板上方、下方或侧方的同一直线上，中间的两个导电端子的接触端间隔一定的距离L；
电压测量仪器为万用表，中间的两个导电端子的接触端分别与万用表的COM孔和VΩ孔通过导线连接，或者，电压测量仪器为电压表，中间的两个导电端子的接触端分别与电压表的正极和负极通过导线连接；两侧的两个导电端子的接触端分别与直流电源的正极和负极通过导线连接。
2.根据权利要求1所述的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，其特征在于，四个导电端子都为圆柱形结构。
3.根据权利要求1所述的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，其特征在于，L的取值范围为3～10cm。
4.根据权利要求1所述的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，其特征在于，两侧的两个导电端子的接触端的间距满足：直流电源以电压Vx与两侧的两个导电端子的接触端连接时能读出电流读数，电压Vx为直流电源的最大电压的60％。
5.根据权利要求1～4任一项所述的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，其特征在于，电压测量仪器为万用表时，中间的两个导电端子为万用表的两个表笔的一端，中间的两个导电端子的接触端分别与万用表的COM孔和VΩ孔通过导线连接即万用表的两个表笔的另一端分别插入万用表的COM孔和VΩ孔中。
6.根据权利要求1所述的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，其特征在于，还包括纤维夹持装置，纤维夹持装置包括基板以及固定在基板上、间距排列的两个用于夹持纤维的夹持器。
7.根据权利要求1所述的四端子法测量导电纤维线电阻的装置，其特征在于，还包括与硬质绝缘板连接的垂直升降机构，硬质绝缘板竖直放置，四个导电端子的接触端位于硬质绝缘板侧方的同一直线上，垂直升降机构用于带动硬质绝缘板上下运动。
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