四探针测试仪主要由四根等间距排列的金属探针组成。当进行测量时,外侧的两个探针用于通入电流,而内侧的两个探针则用来检测电压降。这种设计巧妙地消除了接触电阻对测量结果的影响,因为电压测量端并不承载电流,从而提高了测量的准确性。
物理依据与公式应用:该设备基于欧姆定律运作,通过准确控制电流并测量由此产生的电压变化来计算材料的电阻率。其中几何修正因子k综合考虑了探针间距、样品尺寸及厚度等因素。这一公式确保了在不同测试条件下获得的结果具有高度可比性和一致性。
非接触式优势:作为非接触式的测量方法,四探针法有效避免了传统两电极技术中可能出现的接触不良问题,尤其适用于表面粗糙或不规则形状的材料测试。它能够深入反映材料本身的固有电学性质,不受表面状况干扰。
四探针测试仪的使用注意事项:
1.探针相关事项
-压力标准化:严格控制探针的压力,使用具有弹性元件(如弹簧)的探针组件,确保每次测量时的压力保持一致。因为压力变化会影响接触电阻,进而影响测量准确性。
-清洁维护:定期清理探针,防止灰尘、杂质等附着影响导电性能。若探针磨损严重应及时更换,以保证良好的接触效果。
-避免划伤样品:操作过程中要小心谨慎,防止探针意外滑落或用力过猛划伤样品表面,尤其是对于脆弱或精密的材料更要格外注意。
2.样品相关事项
-远离边缘:考虑到样品边缘处的电场分布不均匀会产生边缘效应,从而干扰测量结果,因此测试区域应尽量远离样品边缘。
-温度影响:某些材料的电阻会随温度发生变化,所以在测量过程中要注意环境温度的稳定性。必要时可以采取控温措施,或者记录当时的环境温度以便后续修正数据。
-静电防护:对于一些容易产生静电积累的材料,如高分子聚合物等,在进行测量前需要消除静电,否则静电可能会影响测量的准确性甚至损坏仪器。
3.操作规范事项
-正确接线:严格按照仪器说明书的要求连接导线,确保电流和电压的测量线路正确无误。错误的接线可能导致短路、断路等问题,不仅无法得到正确结果,还可能损坏仪器设备。
-稳定状态读数:在施加电流后等待一段时间,待示数稳定后再读取电压值。因为在刚开始通电时,材料内部的电荷分布可能尚未达到平衡状态,此时读数不准确。
-避免电磁干扰:将测试仪放置在远离大型电机、变压器等强电磁源的地方,因为这些设备的磁场可能会耦合到测量回路中,引入额外的误差。如果无法避免,可采用屏蔽措施来降低干扰。
4.安全事项
-防止触电:虽然四探针测试仪使用的电压相对较低,但在操作过程中仍需注意用电安全,不要随意触摸带电部分。特别是在更换样品或调整探针位置时,先切断电源再进行操作。
-妥善保管仪器:使用完毕后及时关闭电源,并将仪器放置在干燥、通风良好的地方保存。避免仪器受到剧烈震动、碰撞或潮湿环境的影响,延长其使用寿命。