TW202411645A - 導體材料電阻值量測系統及方法 - Google Patents
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Abstract
一種導體材料電阻值量測系統包含電源供應模組以及電加熱爐。電源供應模組配置為提供電源，電加熱爐包括爐體以及二電極板，爐體定義出容置空間，電極板電性連接電源供應模組，且設置於爐體之內壁面，在導體材料填入於容置空間且接觸電極板時，電源供應模組、電極板及導體材料形成電流迴路，且電源供應模組配置為依據電源之功率值及電流迴路之電流值計算出導體材料之電阻值。
Description
本發明是有關於導體材料之量測，且特別是指一種導體材料電阻值量測系統及方法。
石墨化爐用於將產品原料例如介相碳微球（碳原料），由常溫加熱至攝氏3000度以上，以將介相碳微球石墨化形成介相石墨碳微球（石墨化產品），其可作為鋰電池的負極材料，而被廣泛的應用於手機、筆記型電腦、電動車等電子產品。
市面上使用的石墨化爐構造，請參考中國發明專利申請號201410661380.3「一種石墨化爐及熱處理石墨粉的方法」，其揭示石墨化爐在爐體內部從爐頭至爐尾方向對稱電極之間設置數個相互貫通連接的石墨箱，石墨箱與爐體側牆相對的一面開有通氣孔，通氣管穿過通氣孔伸出至側牆牆體外部與提純氣體罐連接；所述石墨箱由石墨材料製成的石墨方塊組裝而成。其中，石墨箱用以容置產品以進行石墨化，而石墨箱周圍常使用碳顆粒、碳粉覆蓋來導電發熱、傳熱、保溫，以促使、維持石墨箱的高溫。
另一方面，碳顆粒粒徑尺寸會影響石墨化產品的品質，例如石墨化產品的電容量。然而，各家石墨化爐作為保溫料的碳顆粒粒徑都不一致，甚至有混合不同粒徑使用的態樣，使得同樣的原料及製程方法，卻因使用不同的石墨化爐設備導致產品品質變異極大。若是直接使用石墨化爐先進行產品測試會衍生大量成本。
本發明的目的是在於提供一種導體材料電阻值量測系統及方法，其可量測導體材料（保溫料）的電阻值，以作為製造石墨化產品時，選用石墨化爐的導體材料之依據，進而有助於產品品質的提升。
本發明之一態樣是在提供一種導體材料電阻值量測系統，此導體材料電阻值量測系統包含電源供應模組及電加熱爐。電源供應模組配置為提供電源，電加熱爐包括爐體及二電極板，爐體定義出容置空間，此些電極板電性連接電源供應模組，且設置於爐體之內壁面，其中，在導體材料填入於容置空間且接觸此些電極板時，電源供應模組、此些電極板及導體材料形成電流迴路，且電源供應模組配置為依據電源之功率值及電流迴路之電流值計算出導體材料之電阻值。
依據本發明的一實施例，在計算導體材料之電阻值之前，藉由將具有已知電阻值的校正材料填入於容置空間且接觸此些電極板，使電源供應模組、此些電極板及校正材料形成校正電流迴路，電源供應模組依據電源之功率值、校正電流迴路之校正電流值及已知電阻值計算出校正電阻值，並在計算導體材料之電阻值時，電源供應模組依據電源之功率值及電流迴路之電流值計算出系統電阻值，並將系統電阻值扣除校正電阻值以計算出導體材料之電阻值。
依據本發明的又一實施例，上述導體材料電阻值量測系統還包含溫度感測單元，溫度感測單元設置在爐體之內壁面上以感測導體材料的溫度；其中，電源供應模組在溫度感測單元感測到導體材料達到目標溫度時計算出導體材料的電阻值。
依據本發明的又一實施例，上述溫度感測單元為熱電偶。
依據本發明的又一實施例，上述溫導體材料電阻值量測系統還包含電阻模組，電阻模組與電加熱爐為串聯連接。
依據本發明的又一實施例，上述電阻模組包含一或多個高功率可變電阻。
依據本發明的又一實施例，上述電加熱爐還包括二電極棒，此些電極棒設置在爐體內，此些電極棒的其中一端分別與此些電極板接觸，且此些電極棒的另一端與電源供應模組電性連接。
本發明之另一態樣是在提供一種導體材料電阻值量測方法，此導體材料電阻值量測方法包含：將導體材料填入於爐體之容置空間且接觸設置於爐體之內壁面的兩電極板；經由此些電極板提供電源至導體材料，以形成通過此些電極板及導體材料之電流迴路；及依據電源之功率值及電流迴路之電流值計算出導體材料之電阻值。
依據本發明的一實施例，上述導體材料電阻值量測方法還包含感測導體材料的溫度；及在感測到導體材料達到目標溫度時，計算出導體材料之電阻值。
依據本發明的又一實施例，上述導體材料電阻值量測方法還包含：藉由將具有已知電阻值的校正材料填入於容置空間且接觸此些電極板，以形成通過此些電極板及校正材料之一校正電流迴路；及依據電源之功率值、校正電流迴路之校正電流值及已知電阻值計算出校正電阻值；在計算導體材料之電阻值時，依據電源之功率值及電流迴路之電流值計算出系統電阻值，並將系統電阻值扣除校正電阻值以計算出導體材料之電阻值。
以下仔細討論本發明的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。
在本文中所使用的用語僅是為了描述特定實施例，非用以限制申請專利範圍。除非另有限制，否則單數形式的「一」或「該」用語也可用來表示複數形式。
參閱圖1，其為依據本發明一些實施例之導體材料電阻值量測系統100的示意圖。導體材料電阻值量測系統100適用於量測導體材料（圖未示）之電阻值，且導體材料可以是例如在石墨化爐內且促使其維持在高溫的碳顆粒（保溫料）。導體材料電阻值量測系統100包含電源供應模組110、電加熱爐120、溫度感測單元130及電阻模組140。
電源供應模組110配置為提供電源至電加熱爐120，且感測並記錄流經電加熱爐120而返回之電流值。此外，電源供應模組110亦可配置為記錄電源功率和電壓以及電加熱爐120的溫度。
電加熱爐120耦接電源供應模組110，且配置為以電源供應模組110提供的電源進行加熱操作。請同時參閱圖2，其為圖1之電加熱爐120的放大視圖。電加熱爐120包括爐體121、二電極板122及二電極棒123。爐體121包括底壁124及圍繞壁125。圍繞壁125自底壁124的周緣向上延伸，爐體121概呈長方體，但不以此為限。爐體121的材料可選自於耐火磚。爐體121定義出容置空間126及與容置空間126連通的開口127。容置空間126用以容置導體材料。此些電極板122電性連接電源供應模組110且分別設置於爐體121之圍繞壁125的內壁面的相對兩側，但不以此為限。在其他實施例中，此些電極板122亦可設置於爐體121之底壁124的內壁面。每一電極板122概呈一長方體且具有約0.1毫米的厚度，並嵌入爐體121之圍繞壁125的內壁面。電極板122與設置之內壁面形成一平面。電極棒123設置在爐體121之圍繞壁125內。此些電極棒123的其中一端分別與此些電極板122接觸，且此些電極棒123的另一端與電源供應模組110電性連接。
溫度感測單元130設置在爐體121之圍繞壁125的內壁面上，用以接觸容置於容置空間126的導體材料，以感測導體材料的溫度值。溫度感測單元130可以是熱電偶、電阻溫度計或其他適於感測導體材料的溫度感測器。在一些實施例中，溫度感測單元130電性連接電源供應模組110，以將感測到的溫度值提供給電源供應模組110，且電源供應模組110更配置為依據溫度感測單元130回饋的溫度值來調控提供的電源之功率值。導體材料的溫度會隨著電源供應模組110提供的電源之功率值而變化；若設定為導體材料的溫度需達到目標溫度，則電源供應模組110提供的電源之功率值即依據溫度感測單元130感測到的溫度值而調整。例如，若導體材料的溫度小於目標溫度，則電源供應模組110提供的電源之功率值會較大，以達到加熱導體材料的效果；若導體材料的溫度已達到目標溫度，則電源供應模組110提供的電源之功率值會較小，以維持導體材料的目標溫度。
電阻模組140與電加熱爐120、電源供應模組110為串聯連接。電阻模組140包括一或多個高功率可變電阻141。電阻模組140用以提供較大阻抗，使流經電源供應模組110的電流值維持在電源供應模組110可耐受的範圍內，例如在30安培內，以避免電源供應模組110損毀。舉例來說，電阻模組140可調整的電阻範圍為約0.5歐姆至15萬歐姆，且可耐受的最高溫度為約攝氏800度。電阻模組140可以是選用的。若在電極板122僅透過導線直接與電源供應模組110的設置下即可使各溫度下的電流值在電源供應模組110可耐受的範圍內，則可不需設置電阻模組140。
請參閱圖3，其為依據本發明一些實施例之導體材料電阻值量測方法300的流程示意圖。以下有關導體材料電阻值量測方法300之說明以應用在導體材料電阻值量測系統100為例，但所屬技術領域中具有通常知識者亦可依據以下說明將導體材料電阻值量測方法300應用在其他相似的量測系統上。
首先，在步驟310中，將導體材料自開口127填入於爐體121之容置空間126且接觸設置於爐體121之內壁面的兩電極板122以及溫度感測單元130。導體材料可填滿整個容置空間126，除了可使導體材料與兩電極板122之間形成電流迴路，亦可固定需量測之導體材料的體積，但不以此為限，只要使電流從其中一個電極板122穿過導體材料而到達另一電極板122即可。此外，填入於容置空間126的導體材料的顆粒粒徑皆可在固定的尺寸範圍內，或是混合的尺寸範圍，但不以此為限。
在步驟320中，電源供應模組110提供電源，且經由電極棒123、電極板122將提供之電源傳至導體材料，以形成通過電極棒123、電極板122及導體材料之電流迴路，亦即電源供應模組110、電極棒123、電極板122、導體材料及電阻模組140形成電流迴路。同時，溫度感測單元130感測導體材料的溫度。
在步驟330中，依據電源之功率值及電流迴路之電流值計算出導體材料之電阻值。更進一步，導體材料之電阻值是在溫度感測單元130感測到導體材料達到目標溫度時計算出。由於電流迴路流經電加熱爐120時，主要流經電阻值相對較小的電極板122、電極棒123及導體材料，而電極板122、電極棒123亦為導體且其電阻較小，因此導體材料之電阻值會趨近於經由歐姆定律R=(P/I
2)（其中P為電源供應模組110的功率值、I為迴路電流的電流值）計算出之電阻值R扣除串聯的電阻模組140之電阻值的系統電阻值。需補充說明的是，導體材料電阻值的計算可由電源供應模組110執行，或是另外由處理器執行，並無限制。
圖4示出進行導體材料電阻值量測方法300所得到之一些導體材料的佈置在各溫度（包含攝氏35度、40度、45度、50度、55度、60度）下的系統電阻值量測結果，其中，佈置1代表導體材料的顆粒粒徑為30至33毫米的佈置，佈置2代表導體材料的顆粒粒徑為15至18毫米的佈置，而佈置3代表導體材料的顆粒粒徑為6至10毫米的佈置。由圖4所示的量測結果可知，系統電阻值（其與導體材料的電阻值相關）會隨著目標溫度的增加而逐漸減小，且在同樣的目標溫度下，若導體材料的顆粒粒徑愈小，則所得到的系統電阻值愈大。由於石墨化產品的電容量可由維持石墨化爐高溫之導體材料（保溫料）的電阻值推知，即導體材料的電阻值愈大時，石墨化產品的電容量亦愈大，故可依據石墨化產品的規格需求以及在各導體材料佈置在不同溫度下的系統電阻值資訊等選擇所需的導體材料佈置。此外，由於導體材料在攝氏40度時的電阻值變化較為明顯，因此可將攝氏40度設為參考目標溫度，且將導體材料在攝氏40度時對應的系統電阻值設為參考電阻值。
再要補充說明的是，填入於容置空間126的導體材料的顆粒粒徑可在固定的尺寸範圍內，或是混合的尺寸範圍，而可按照實際的需求填入容置空間126，但不以此為限。
請參閱圖5，其為依據本發明一些實施例之導體材料電阻值量測方法500的流程示意圖。導體材料電阻值量測方法500與圖3之導體材料電阻值量測方法300的差別在於，導體材料電阻值量測方法500另包含電阻值校正操作，進而使得到的電阻值更為精確。為簡潔說明，其餘與導體材料電阻值量測方法300相同或相似的部分僅在以下簡單描述，詳細內容請參照導體材料電阻值量測方法300之說明。同樣地，以下有關導體材料電阻值量測方法500之說明以應用在導體材料電阻值量測系統100為例，但所屬技術領域中具有通常知識者亦可依據以下說明將導體材料電阻值量測方法500應用在其他相似的量測系統上。
首先，在步驟510中，將具有已知電阻值的校正材料自開口127填入於容置空間126且接觸電極板122，同時也接觸溫度感測單元130。
在步驟520中，電源供應模組110提供電源，且經由電極棒123、電極板122將提供之電源傳至校正材料，以形成通過電極棒123、電極板122及校正材料之校正電流迴路，亦即電源供應模組110、電極棒123、電極板122、校正材料及電阻模組140形成校正電流迴路。同時，溫度感測單元130感測校正材料的溫度。
在步驟530中，依據電源之功率值、校正電流迴路之校正電流值，經由歐姆定律計算出涵蓋電極棒123、電極板122、電阻模組140及校正材料的電阻值，再藉由扣除電阻模組140的電阻值及校正材料的已知電阻值即獲得校正電阻值。與步驟330類似，校正電阻值也是在溫度感測單元130感測到校正材料達到目標溫度時計算出的。步驟540及步驟550分別與步驟310及步驟320類似，在此不再贅述。因此，在步驟560中，在計算導體材料的電阻值時，在對應同樣的目標溫度下，將經由電源之功率值及電流迴路之電流值計算出的系統電阻值（涵蓋電極棒123、電極板122、導體材料的電阻值）扣除校正電阻值（涵蓋電極棒123、電極板122的電阻值）以計算出導體材料之電阻值。
綜上所述，藉由使用導體材料電阻值量測系統或是執行導體材料電阻值量測方法，則便於量測、計算出導體材料的電阻值，進而藉由導體材料的電阻值與石墨化產品的電容量之關係，則可作為判別是否使用此導體材料的依據，有助於石墨化產品品質的提升，且相較於直接使用石墨化爐進行產品測試更能節省成本。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:導體材料電阻值量測系統
110:電源供應模組
120:電加熱爐
121:爐體
122:電極板
123:電極棒
124:底壁
125:圍繞壁
126:容置空間
127:開口
130:溫度感測單元
140:電阻模組
141:高功率可變電阻
300:導體材料電阻值量測方法
310:步驟
320:步驟
330:步驟
500:導體材料電阻值量測方法
510:步驟
520:步驟
530:步驟
540:步驟
550:步驟
560:步驟
為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：
[圖1]為本發明實施例之導體材料電阻值量測系統的示意圖；
[圖2]為[圖1]之電加熱爐的放大視圖；
[圖3]為本發明實施例之導體材料電阻值量測方法的流程圖；
[圖4]示出進行[圖3]之導體材料電阻值量測方法所得到之一些導體材料的佈置在各溫度下的系統電阻值量測結果；以及
[圖5]為本發明另一實施例之導體材料電阻值量測方法的流程圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
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141:高功率可變電阻
Claims (10)
- 一種導體材料電阻值量測系統， 包含： 一電源供應模組，配置為提供一電源；以及 一電加熱爐，包括： 一爐體，定義出一容置空間；以及 二電極板，電性連接該電源供應模組，且設置於該爐體之一內壁面； 其中，在一導體材料填入於該容置空間且接觸該些電極板時，該電源供應模組、該些電極板及該導體材料形成一電流迴路，且該電源供應模組配置為依據該電源之一功率值及該電流迴路之一電流值計算出該導體材料之一電阻值。
- 如請求項1所述之導體材料電阻值量測系統，其中在計算該導體材料之該電阻值之前，藉由將具有一已知電阻值的一校正材料填入於該容置空間且接觸該些電極板，使該電源供應模組、該些電極板及該校正材料形成一校正電流迴路，該電源供應模組依據該電源之該功率值、該校正電流迴路之一校正電流值及該已知電阻值計算出一校正電阻值，並在計算該導體材料之該電阻值時，該電源供應模組依據該電源之該功率值及該電流迴路之該電流值計算出一系統電阻值，並將該系統電阻值扣除該校正電阻值以計算出該導體材料之該電阻值。
- 如請求項1所述之導體材料電阻值量測系統，還包含： 一溫度感測單元，設置在該爐體之該內壁面上以感測該導體材料的溫度； 其中，該電源供應模組在該溫度感測單元感測到該導體材料達到一目標溫度時計算出該導體材料的該電阻值。
- 如請求項3所述之導體材料電阻值量測系統，其中該溫度感測單元為一熱電偶。
- 如請求項1所述之導體材料電阻值量測系統，還包含一電阻模組，該電阻模組與該電加熱爐為串聯連接。
- 如請求項5所述之導體材料電阻值量測系統，其中該電阻模組包含一或多個高功率可變電阻。
- 如請求項1所述之導體材料電阻值量測系統，其中該電加熱爐還包括二電極棒，該些電極棒設置在該爐體內，該些電極棒的其中一端分別與該些電極板接觸，且該些電極棒的另一端與該電源供應模組電性連接。
- 一種導體材料電阻值量測方法，包含： 將一導體材料填入於一爐體之一容置空間且接觸設置於該爐體之一內壁面的兩電極板； 經由該些電極板提供一電源至該導體材料，以形成通過該些電極板及該導體材料之一電流迴路；以及 依據該電源之一功率值及該電流迴路之一電流值計算出該導體材料之一電阻值。
- 如請求項8所述之導體材料電阻值量測方法，還包含： 感測該導體材料的溫度；以及 在感測到該導體材料達到一目標溫度時，計算出該導體材料之該電阻值。
- 如請求項8所述之導體材料電阻值量測方法，還包含： 藉由將具有一已知電阻值的一校正材料填入於該容置空間且接觸該些電極板，以形成通過該些電極板及該校正材料之一校正電流迴路；以及 依據該電源之該功率值、該校正電流迴路之一校正電流值及該已知電阻值計算出一校正電阻值； 在計算該導體材料之該電阻值時，依據該電源之該功率值及該電流迴路之該電流值計算出一系統電阻值，並將該系統電阻值扣除該校正電阻值以計算出該導體材料之該電阻值。
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