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方阻的测试原理

        方块电阻如何测试呢,可不可以用万用表电阻档直接测试图一所示的材料呢?不可以的,因万用表的表笔只能测试点到点之间的电阻,而这个点到点之间的电阻不表示任何意义。如要测试方阻,首先我们需要在A边和B边各压上一个电阻比导电膜电阻小得多的圆铜棒,如图一所示,而且这个圆铜棒光洁度要高,以便和导电膜接触良好。这样我们就可以通过用万用表测试两铜棒之间的电阻来测出导电薄膜材料的方阻。

                                                                    
                                                                                                      图一

        如果方阻值比较小,如在几个欧姆以下,因为存在接触电阻以及万用表本身性能等因素,用万用表测试就会存在读数不稳和测不准的情况。这时就需要用专门的用四端测试的低电阻测试仪器,如毫欧计、微欧仪等。测试方法如下:用四根光洁的圆铜棒压在导电薄膜上,如图二所示。
                                                  
                                                                                                      图二

        四根铜棒用A、B、C、D表示,它们上面焊有导线接到低电阻测试仪上,我们使BC之间的距离L等于导电薄膜的宽度W, AB、CD之间的距离没有要求,一般在10--20mm就可以,接通低电阻测试仪以后,低电阻测试仪显示的阻值就是材料的方阻值。这种测试方法的优点是:(1)用这种方法低电阻测试仪可以测试到几百毫欧,几十毫欧,甚至更小的方阻值,(2)由于采用四端测试,铜棒和导电膜之间的接触电阻,铜棒到仪器的引线电阻,即使比被测电阻大也不会影响测试精度。(3)测试精度高。由于低电阻测试仪的精度很高,方阻的测试精度主要由膜宽W和导电棒BC之间的距离L的机械精度决定,由于尺寸比较大,这个机械精度可以做得比较高。在实际操作时,为了提高测试精度和为了测试长条状材料,W和L不一定相等,可以使L比W大很多,此时方阻Rs=Rx×W/L,Rx为低电阻测试仪读数。

        此方法虽然精度比较高,但比较麻烦,尤其在导电薄膜材料比较大,形状不整齐时,很难测试,这时就需要用专用的四探针探头来测试材料的方阻,如图三所示。
                                                     
                                                                                                                        图三

        四探针测试头由四根探针阻成,四根探针之间的距离相等,四根探针连接到低电阻测试仪上,当四探针测试头压在导电薄膜材料上面时,低电阻测试仪就能显示出材料的方阻值R 。具体原理是外端的两根探针产生电流场,内端上两根探针测试电流场在这两个探点上形成的电势。因为方阻越大,产生的电势也越大,因此就可以测出材料的方阻值。但四探针测试在原理上与图二所示用铜棒测方阻的方法不同:因电流场中仅少部分电流在内端上两根探针点上产生电压(电势),比值为1:F(D/S),F(D/S)称为样品直径修正因子,与测试样品的直径D及四根探针之间的距离S有关,F(D/S)值通过物理学理论计算得到,可直接从附表1查出(见产品操作手册)。


于是,所测得的方阻为:

               R = Rx × F(D/S) × F(W/S) ×
Fsp

其中:D—样品直径,单位:cm或mm,注意与探针间距S单位一致;
            S—平均探针间距,单位:cm或mm,注意与样品直径D单位一致(四探针头合格证上的S值);
            W—样品厚度,单位:cm或mm,在F(W/S)中注意与S单位一致;
            Fsp—探针间距修正系数(四探针头测试结果上的F值);
            F(D/S)—样品直径修正因子。当D→∞时,F(D/S)=4.532,有限直径下的F(D/S)由附表 1查出(见产品操作手册):
            F(W/S)—样品厚度修正因子。W/S<0.4时,F(W/S)=1;W/S>0.4时,F(W/S)值由附表 2查出(见产品操作手册);
            Rx—低电阻测试仪测量电阻值,单位Ω。

由方阻和电阻率的关系,可得电阻率ρ

               ρ = R × W = Rx × F(D/S) × F(W/S) × Fsp × W

其中:D—样品直径,单位:cm或mm,注意与探针间距S单位一致;
            S—平均探针间距,单位:cm或mm,注意与样品直径D单位一致(四探针头合格证上的S值);
            W—样品厚度,单位:cm或mm,在F(W/S)中注意与S单位一致;
            Fsp—探针间距修正系数(四探针头合格证上的F值);
            F(D/S)—样品直径修正因子。当D→∞时,F(D/S)=4.532,有限直径下的F(D/S)由附表 1查出(见产品操作手册):
            F(W/S)—样品厚度修正因子。W/S<0.4时,F(W/S)=1;W/S>0.4时,F(W/S)值由附表 2查出(见产品操作手册);
            Rx—低电阻测试仪测量电阻值,单位Ω;

同理可计算出电导率,σ=1/ρ,在国际单位制中,电导率的单位是西门子/米。

 


更新时间:2014-7-21 12:30:50
 
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