JP2007155567A - 電気抵抗の測定方法、及び同装置 - Google Patents

Abstract

【課題】４端子法の電気抵抗測定法においては、端子Ｔａと端子Ｔｂとの間に、または端子Ｔｃと端子Ｔｄとの間に、接触抵抗測定電圧Ｖを印加していたので、接触抵抗の状態によっては試料３に課題な電圧が印加されて該試料が破損するおそれが有った。これを改良して、試料３の破損を防止する。【解決手段】端子Ｔａに対してグランド基準でＶ／２の電位を印加するとともに、端子Ｔｂに対してもグランド基準でＶ／２の電位を印加することによって、端子Ｔａと端子Ｔｂとの間に抵抗測定電圧Ｖを印加する。これにより、接触抵抗の状態が最悪の場合でも試料３に対する印加電位はグランド基準でＶ／２を超えることが無くなる。端子Ｔｃと端子Ｔｄに対しても同様に、グランド基準で＋，−Ｖ／２の電位を印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、４端子法で電気抵抗を測定する方法及び同装置に関し、特に、電気的に敏感で破損し易い試料を測定するに好適なように改良したものであるが、４端子法に限らず電気特性を測定する場合一般に適用し得る。

図２（Ａ）は、４端子法の電気抵抗測定装置を描いた模式図である。
符号３を付して示したのは電気抵抗測定対象の試料であって、２個の端子３ｂ、同３ｃを有している。
４個のプローブピンＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄが設けられている。本発明においてプローブピンとは測定用の電極を総称する意である。また、本発明において電気抵抗とは試料の電気的特性を総称する意である。

第１のプローブピンＰａを片方の試料端子３ｂに接触させるとともに第４のプローブピンＰｄを他方の試料端子３ｃに接触させ、電源部４によって試料抵抗３ａに通電して電流値を測定する。Ｔａ，Ｔｄは上記電源部４の端子である。
これと同時に、試料端子３ｂに接触させた第２のプローブピンＰｂと、試料端子３ｃに接触させた第３のプローブピンＰｃとによって電圧を測定する。Ｔｂ，Ｔｃは電圧測定部５の端子である。
このようにして電圧値と電流値とが分かれば、試料抵抗３ａの電気抵抗を算出することができる。

前掲の図２を回路化して示すと図２（Ｂ）のようになる。
ところが、実際問題においては、プローブピンと試料端子との間に接触抵抗が有って、測定誤差の原因になる。そこで、次のようにして接触抵抗を検出する。検出された接触抵抗が許容範囲外であれば通電を繰り返して絶縁皮膜の破壊を図り、接触抵抗が許容範囲内になれば前述の電気抵抗測定を行なう。

図３において第１のプローブピンＰａ〜第４のプローブピンＰｄ、及び端子Ｔａ〜Ｔｄ、並びに試料抵抗３ａは、前掲の図２におけると同じ部材を示している。
符号Ｒａ〜Ｒｄは接触抵抗を示している。
符号Ｒ１は電線の抵抗を、符号Ｒ２は固定抵抗器（安全抵抗）をそれぞれ示している。
特開２００４−１０１４５３号公報

図３に例示した４端子法において接触抵抗Ｒａおよび接触抵抗Ｒｂを検知するには、第１のプローブピンＰａに接続された端子Ｔａと、第２のプローブピンＰｂに接続された端子Ｔｂとの間に測定電圧Ｖを印加し、鎖線矢印で示した測定電流Ｉａｂの電流値を検知することによって行なわれる（ＲａとＲｂとの合計値が算出される）。なお、電流値が特定の定電流となるように構成した４端子式測定装置が公知であって、一般に広く用いられている。
接触抵抗Ｒｃおよび接触抵抗Ｒｄを検知するには、上記と同様にして、端子Ｔｃと端子Ｔｄとの間に電圧Ｖを印加し、破線矢印で示した電流Ｉｃｄの値を検知することによって算出される。
ところが、いま仮に、接触抵抗Ｒｂが非常に大きかったとすると、試料抵抗３ａに対して、グランド基準でＶに近い電位が印加され、これにより放電Ｓを生じて試料を破損せしめる虞れが有る。
上記は、接触抵抗Ｒｂが過大である場合の説明であるが、接触抵抗Ｒａ、同Ｒｃ、又は同Ｒｄが過大であっても同様に、試料抵抗３ａに対して過大電圧が印加され、放電Ｓを生じて試料を破損させる虞れが有る。

破損するか否かは、試料３の構造および特性によって異なるが、測定によって破損する虞れが有ることは放置できない。
前記以外の接触抵抗Ｒａ，Ｒｃ又は，Ｒｄが非常に大きかった場合も、同様に試料３の破損を招く虞れが有る。
本発明は以上に述べた事情に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、
４端子法の電気抵抗測定技術を改良して、プローブピンの接触抵抗が大きくても試料を破損させる虞れの無い電気抵抗測定方法、および同装置を提供するにある。ただし、４端子法に限らず、プローブピンを用いる電気特性測定一般に応用することができる。

上記の目的を達成するために創作した本願請求項１に係る発明方法の構成は、
試料の１対の試料端子の片方に第１のプローブピンを接触させ、前記１対の試料端子の他方に第２のプローブピンを接触させて前記１対の試料端子に測定用の電圧を印加して通電するとともに、その電流値と電圧値とに基づいて前記試料の電気抵抗を測定する方法において、
第１のプローブピンと第２のプローブピンとに所定の電圧Ｖを印加する際、
第１のプローブピンに対して、グランド基準で＋Ｖ／２の電位を与えるとともに、
第２のプローブピンに対して、グランド基準で−Ｖ／２の電位を与えることにより、
双方のプローブピンに所定の電圧Ｖを印加し、
接触抵抗のバラツキによって、試料抵抗が受ける実効電圧が変化しても、その最大値がＶ／２を超えないようにすることを特徴とする。

本願請求項２に係る発明方法の構成は、（図２参照）試料（３）の１対の試料端子の片方（３ｂ）に第１のプローブピン（Ｐａ）と第２のプローブピン（Ｐｂ）とを接触させるとともに、前記１対の試料端子の他方（３ｃ）に第３のプローブピン（Ｐｃ）と第４のプローブピン（Ｐｄ）とを接触させ、
（図１参照）前記第１のプローブピン（Ｐａ）と第２のプローブピン（Ｐｂ）とに所定の電圧Ｖを印加して接触抵抗を検知するとともに、第３のプローブピン（Ｐｃ）と第４のプローブピン（Ｐｄ）とに所定の電圧Ｖを印加して接触抵抗を検知し、
検知した接触抵抗が所定の範囲外であれば必要に応じて電圧値を増加させて電圧印加を繰り返し、接触を妨げている絶縁皮膜を破壊して接触抵抗を減少せしめ、
接触抵抗が所定の範囲内になったとき、前記４本のプローブピンによって前記１対の試料端子に測定用の電圧を印加して通電するとともに、その電流値と電圧値とに基づいて前記試料（３）の電気抵抗を測定する方法において、
接触抵抗を検知するため、第１のプローブピン（Ｐａ）と第２のプローブピン（Ｐｂ）とに所定の電圧Ｖを印加するとともに、第３のプローブピン（Ｐｃ）と第４のプローブピン（Ｐｄ）とに所定の電圧Ｖを印加する際、
第１のプローブピン（Ｐａ）に対して、グランド基準で＋Ｖ／２の電位を与えるとともに、第２のプローブピン（Ｐｂ）に対して、グランド基準で−Ｖ／２の電位を与えることにより、
双方のプローブピンに所定の電圧Ｖを印加し、 及び／又は、 第３のプローブピン（Ｐｃ）に対して、グランド基準で＋Ｖ／２の電位を与えるとともに、第４のプローブピン（Ｐｄ）に対して、グランド基準で−Ｖ／２の電位を与えることにより、双方のプローブピンに所定の電圧Ｖを印加し、
接触抵抗のバラツキによって、試料抵抗（３ａ）が受ける実効電圧が変化しても、その最大値がＶ／２を超えないようにすることを特徴とする。

請求項３に係る発明方法の構成は、（図３参照）試料（３）の１対の試料端子の片方（３ｂ）に第１のプローブピン（Ｐａ）と第２のプローブピン（Ｐｂ）とを接触させるとともに、前記１対の試料端子の他方（３ｃ）に第３のプローブピン（Ｐｃ）と第４のプローブピン（Ｐｄ）とを接触させ、
（図１参照）前記第１のプローブピン（Ｐａ）と第２のプローブピン（Ｐｂ）との間にに所定の電圧Ｖを印加して接触抵抗を検知するとともに、第３のプローブピン（Ｐｃ）と第４のプローブピン（Ｐｄ）とに所定の電圧Ｖを印加して接触抵抗を検知し、
検知した接触抵抗が所定の範囲外であれば電圧印加を繰り返して、接触を妨げている絶縁皮膜を破壊して接触抵抗を減少せしめ、
接触抵抗が所定の範囲内になったとき、前記４本のプローブピンによって前記１対の試料端子に測定用の電圧を印加して通電するとともに、その電流値と電圧値とに基づいて前記試料（３）の電気抵抗を測定する方法において、
予め、電気抵抗測定対象である試料（３）が耐え得る電位をグランド基準で実測し、又はこれに準じる手段で求めておき、
前記の印加電圧Ｖを、上記の耐圧電位よりも低く設定することを特徴とする。

請求項４に係る発明装置の構成は、（図１参照）第１のプローブピン（Ｐａ）、第２のプローブピン（Ｐｂ）、第３のプローブピン（Ｐｃ）、及び第４のプローブピン（Ｐｄ）を備えていて、
前記第１のプローブピン（Ｐａ）と第２のプローブピン（Ｐｂ）とに所定の電圧Ｖを印加するとともに、その際の電流値を検知して接触抵抗を算出する手段と、
第３のプローブピン（Ｐｃ）と第４のプローブピン（Ｐｄ）とに所定の電圧Ｖを印加するとともに、その際の電流値を検知して接触抵抗を算出する手段とを具備していて、
算出した接触抵抗が所定の範囲外であれば電圧印加を繰り返すことにより、接触を妨げている絶縁皮膜を破壊して接触抵抗を減少せしめ得る機能を有している電気抵抗測定装置において、
第１のプローブピン（Ｐａ）に対して、グランド基準で＋Ｖ／２の電位を与えるとともに、第２のプローブピン（Ｐｂ）に対して、グランド基準で−Ｖ／２の電位を与えることにより、双方のプローブピンの間に所定の電圧Ｖを印加する手段が設けられ、
及び／又は、 第３のプローブピン（Ｐｃ）に対して、グランド基準で＋Ｖ／２の電位を与えるとともに、第４のプローブピン（Ｐｄ）に対して、グランド基準で−Ｖ／２の電位を与えることにより、双方のプローブピンの間に所定の電圧Ｖを印加する手段が設けられていることを特徴とする。

請求項１の発明方法によると、２個のプローブピンを用いて試料の電気抵抗を測定する際、接触抵抗のバラツキに拘わらず、該試料に対して過大な電位が印加されないので、破損を招く虞れが無い。

請求項２の発明方法を適用すると、
４端子法の電気抵抗測定方法における４個のプローブピンそれぞれに対して、極性を異にする絶対値Ｖ／２の電位を与えることにより、所望の２極間に対して測定電圧Ｖを印加することができ、
しかも、上記Ｖ／２の電位がグランド基準であるから、接触抵抗の分布状態の如何に拘わらず、試料に対してＶ／２を超える電位が印加されない。
従って、４端子法の電気抵抗測定方法における接触抵抗計測時に試料に対して過大な電位が印加されて損傷を招く虞れが無い。

請求項３の発明方法を適用すると、４端子法の電気抵抗測定方法において、２個のプローブピン間に印加される測定電圧が「試料が耐え得る電圧以下」に制限されているので、接触抵抗の分布状態の如何に拘わらず、試料に対してＶ／２を超える電位が印加されない。 従って、４端子法の電気抵抗測定方法における接触抵抗計測時に試料に対して過大な電位が印加されて損傷を招く虞れが無い。

請求項４の発明装置を適用すると、４端子法の電気抵抗測定装置を構成している４個のプローブピンそれぞれに対して、グランド基準で±Ｖ／２の電位を与え得るから、所望の２個のプローブピン間に測定電圧Ｖを印加することができ、
しかも、接触抵抗の分布状態の如何に拘わらず、試料に対してＶ／２を超える電位は印加され得ない。
従って、４端子法の電気抵抗測定方法における接触抵抗計測時に試料に対して過大な電位が印加されて損傷を招く虞れが無い。

図１は本発明に係る４端子法の電気抵抗測定装置の１実施形態を描いた系統図である。
この実施形態は、図３に示した従来例の４端子式電気抵抗測定装置に本発明を適用して改良したものである。
次に、本図１が図３と異なる点、すなわち本発明を適用して改良した事項を説明する。

符号ＧＬは、グランドＧと同電位のグランドレベルを表している。
図外の電源部から端子Ｔａに対して、グランド基準で＋Ｖ／２の電位を印加し得るようになっており、かつ端子Ｔｂに対して、グランド基準で−Ｖ／２の電位を印加し得るようになっている。
これにより、端子Ｔａ，同Ｔｂ間に測定電圧Ｖを印加することができる。

接触抵抗Ｒｂが非常に大きい場合について考察する。極限の状態として接触抵抗Ｒｂが無限大であるとすると、試料３の試料抵抗３ａに対して端子Ｔａの電位が加えられ得る。
このように最悪の条件であっても、端子Ｔａの電位は＋Ｖ／２であるから、『従来例（図３）において印加される虞れの有った電位Ｖ』に比して半分の電位である。
このようにして最悪の場合でも、試料３に対する印加電圧が、グランド基準で接触抵抗測定電圧Ｖの１／２であるから、放電Ｓを生じる虞れが無い。

以上に説明した作用効果から容易に理解し得るように、試料抵抗測定の準備作業としての接触抵抗測定に際して、端子Ｔａ，Ｔｂに与える電位の絶対値はＶ／２を超えてはならないが、必ずしもＶ／２に満たなくても良い。
本発明において「グランド基準で＋，−Ｖ／２の電位を与える」とは、「グランド基準で＋，−Ｖ／２を超えない電位を与える」の意である。

図１を参照して以上に説明した実施形態は請求項２の方法発明、および請求項４の装置発明に対応する。
この実施形態における技術的思想の根幹をなすものは「グランド基準で＋，−Ｖ／２の電位を与える」ということである。 この基本的な原理に着目すると『２個のプローブピンを用いて電気抵抗を測定する際、第１のプローブピンに対して、グランド基準で＋Ｖ／２の電位を与えるとともに、第２のプローブピンに対して、グランド基準で−Ｖ／２の電位を与えることにより、双方のプローブピンに所定の電圧Ｖを印加し、接触抵抗のバラツキによって、試料抵抗が受ける実効電圧が変化しても、その最大値がＶ／２を超えないようにする』という請求項１の発明方法が理解される。
次に、図３（従来例）を援用して、請求項３の方法発明の実施形態を説明する。
この従来例について述べた〔本発明が解決しようとする課題〕を要約して復習すると、
『接触抵抗が非常に大きいとき、試料に対して、グランド基準で測定電圧Ｖに近い電位が印加され、放電Ｓを生じて試料を破損せしめる虞れが有る』ということであった。

上述の不具合を防止するための、もう一つの考え方は、「試料３の耐電圧特性を、接触抵抗測定電圧Ｖ以上に構成しておくこと」である。しかし、この考え方は実際的でない。
電気抵抗の測定作業は、与えられた試料の抵抗値を計測するのであって、試料の仕様に対して注文を付け得るものではないからである。
そこで請求項２においては、与えられた試料の耐電圧特性に適応させて測定電圧Ｖを設定する。

すなわち、試料３の耐電圧特性が既知の値であれば、これに基づいて、耐電圧特性が未知の値であれば実験的に、またはこれに準じる手段で耐電圧特性を求め、
接触抵抗測定電圧Ｖを、上記耐電圧特性値よりも低く設定する。
これにより、接触抵抗Ｒａ、接触抵抗Ｒｂ、接触抵抗Ｒｃ、又は接触抵抗Ｒｂの何れかが非常に大きくても（最悪の場合、非接触で電気抵抗が無限大であっても）試料３に対して耐電圧特性値を超える電圧が掛からない。
従って、放電Ｓを生じて試料３を破壊せしめる虞れが無い。

本発明に係る電気抵抗測定方法を実施するために構成した電気抵抗測定装置の１例を描いた系統図 ４端子法の電気抵抗測定装置を説明するために示したもので、（Ａ）は模式的な斜視図、（Ｂ）は回路図 前掲の図２に示した従来技術に係る電気抵抗測定測定における課題を説明するための回路図

符号の説明

３…試料、３ａ…試料抵抗、３ｂ，３ｂ…試料端子、４…電源部、５…電圧測定部、Ｐａ…第１のプローブピン、Ｐｂ…第２のプローブピン、Ｐｃ…第３のプローブピン、Ｐｄ…第４のプローブピン、Ｒ１…電線の電気抵抗、Ｒ２…固定抵抗器、Ｒａ〜Ｒｄ…接触抵抗、Ｇ…グランド、Ｓ…放電、Ｖ…接触抵抗測定電圧。

Claims (4)

1. 試料の１対の試料端子の片方に第１のプローブピンを接触させ、上記１対の試料端子の他方に第２のプローブピンを接触させて前記１対の試料端子に測定用の電圧を印加して通電するとともに、その電流値と電圧値とに基づいて前記試料の電気抵抗を測定する方法において、
   第１のプローブピンと第２のプローブピンとに所定の電圧Ｖを印加する際、
   第１のプローブピンに対して、グランド基準で＋Ｖ／２の電位を与えるとともに、
   第２のプローブピンに対して、グランド基準で−Ｖ／２の電位を与えることにより、双方のプローブピンに所定の電圧Ｖを印加し、
   接触抵抗のバラツキによって、試料抵抗が受ける実効電圧が変化しても、その最大値がＶ／２を超えないようにすることを特徴とする、電気抵抗の測定方法。
2. 試料の１対の試料端子の片方に第１のプローブピンと第２のプローブピンとを接触させるとともに、前記１対の試料端子の他方に第３のプローブピンと第４のプローブピンとを接触させ、前記第１のプローブピンと第２のプローブピンとに所定の電圧Ｖを印加して接触抵抗を検知するとともに、第３のプローブピンと第４のプローブピンとに所定の電圧Ｖを印加して接触抵抗を検知し、
   検知した接触抵抗が所定の範囲外であれば必要に応じて電圧値を増加させて電圧印加を繰り返し、接触を妨げている絶縁皮膜を破壊して接触抵抗を減少せしめ、
   接触抵抗が所定の範囲内になったとき、前記４本のプローブピンによって前記１対の試料端子に測定用の電圧を印加して通電するとともに、その電流値と電圧値とに基づいて前記試料の電気抵抗を測定する方法において、
   接触抵抗を検知するため、第１のプローブピンと第２のプローブピンとに所定の電圧Ｖを印加し、及び／又は、第３のプローブピンと第４のプローブピンとに所定の電圧Ｖを印加する際、
   第１のプローブピンに対して、グランド基準で＋Ｖ／２の電位を与えるとともに、
   第２のプローブピンに対して、グランド基準で−Ｖ／２の電位を与えることにより、
   双方のプローブピンに所定の電圧Ｖを印加し、
   及び／又は、
   第３のプローブピンに対して、グランド基準で＋Ｖ／２の電位を与えるとともに、
   第４のプローブピンに対して、グランド基準で−Ｖ／２の電位を与えることにより、
   双方のプローブピンに所定の電圧Ｖを印加し、
   接触抵抗のバラツキによって、試料抵抗が受ける実効電圧が変化しても、その最大値がＶ／２を超えないようにすることを特徴とする、電気抵抗の測定方法。
3. 試料の１対の試料端子の片方に第１のプローブピンと第２のプローブピンとを接触させるとともに、前記１対の試料端子の他方に第３のプローブピンと第４のプローブピンとを接触させ、
   前記第１のプローブピンと第２のプローブピンとに所定の電圧Ｖを印加して接触抵抗を検知し、及び／又は、第３のプローブピンと第４のプローブピンとに所定の電圧Ｖを印加して接触抵抗を検知し、
   検知した接触抵抗が所定の範囲外であれば電圧印加を繰り返して、接触を妨げている絶縁皮膜を破壊して接触抵抗を減少せしめ、
   接触抵抗が所定の範囲内になったとき、前記４本のプローブピンによって前記１対の試料端子に測定用の電圧を印加して通電するとともに、その電流値と電圧値とに基づいて前記試料（３）の電気抵抗を測定する方法において、
   予め、電気抵抗測定対象である試料が耐え得る電位をグランド基準で実測し、又はこれに準じる手段で求めておき、
   前記の印加電圧Ｖを、上記の耐圧電位よりも低く設定することを特徴とする、電気抵抗の測定方法。
4. 第１のプローブピン、第２のプローブピン、第３のプローブピン、及び第４のプローブピンを備えていて、
   前記第１のプローブピンと第２のプローブピンとに所定の電圧Ｖを印加するとともに、その際の電流値を検知して接触抵抗を算出する手段と、
   第３のプローブピンと第４のプローブピンとに所定の電圧Ｖを印加するとともに、その際の電流値を検知して接触抵抗を算出する手段とを具備していて、
   算出した接触抵抗が所定の範囲外であれば電圧印加を繰り返すことにより、接触を妨げている絶縁皮膜を破壊して接触抵抗を減少せしめ得る機能を有している電気抵抗測定装置において、
   第１のプローブピンに対して、グランド基準で＋Ｖ／２の電位を与えるとともに、
   第２のプローブピンに対して、グランド基準で−Ｖ／２の電位を与えることにより、
   双方のプローブピンの間に所定の電圧Ｖを印加する手段が設けられ、
   及び／又は、
   第３のプローブピンに対して、グランド基準で＋Ｖ／２の電位を与えるとともに、
   第４のプローブピンに対して、グランド基準で−Ｖ／２の電位を与えることにより、
   双方のプローブピンの間に所定の電圧Ｖを印加する手段が設けられていることを特徴
   とする、電気抵抗の測定装置。
   

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