金属材料电阻率检测的研究进展

刘梓涵

【摘 要】现阶段，随着我国工业的迅速发展，金属材料在许多方面得到了广泛的应用。而电阻率作为金属材料的一个重要特性，对其精确的测定在一定程度上有利于金属材料的进一步发展。所以，笔者将在下文中结合具体的实例，谈一谈现阶段我国金属材料电阻率测定的研究进展。

【关键词】金属材料；电阻率测定；研究进展

只有测定出金属材料在不同条件下的电阻率，才能有效的结合客观条件更好地应用金属材料，从而使其进一步发展。由此可见，金属材料电阻率测定的重要性不言而喻。而又因为金属材料的电阻率受外界条件影响较大，所以笔者将分条进行说明。

1.固体金属电阻率测定的研究进展

1.1相关概念

为了定量的比较导体材料通过电流的能力，排除导体材料、形状、长短、粗细和温度等因素对于导体数值的影响，我们引入了电阻率的概念。一般说来，电阻率越小，电导率越大，其导电性能就越好。所以电阻率可以用来评定不同材料的金属的导电性能电阻率。

1.2测定原理

经过长期实践发现，一段柱形的均匀导体的电阻与电阻率通常有以下关系：R=ρ（L/S） 其中，L是导体的长度；S是导体的横截面积；ρ是与导体的材料及温度都有关系的电阻率。因此，对于这种柱形均匀导体，我们就可以首先通过游标卡尺或螺旋测微器测出导体的直径d，进而计算出S的数值，然后再通过欧姆法测出电压和电流的值，从而计算出电阻R的数值，最后将相关数值带入，就可以测出电阻率的大小了。

1.3测定操作步骤

测定电阻丝的电阻值的方法很多，这里主要介绍直流双臂电桥法测细铜丝电阻的操作方法：首先，截取粗细均匀，长度适宜的细铜丝，将其接入四端电阻器，用导线将直流双臂电桥和四端电阻器连接好。值得一提的是，要确保导线和仪器的连接状况完好，否则实验就会受到影响。然后根据有关数据大致估计铜丝阻值，将双臂电桥的倍率放在相应的位置上，这样就可以有效的减少相关操作步骤，继而再打开电源开关，按下开关，观察指针偏转的情况。此时若是发现检流计指针不是指向零刻度线，则需要进行调零操作，否则就算是测出结果也是不准确的。调零的具体操作是打开G，先进行粗调R，再进行微调，使检流计指针指零。此时就可以从仪器上读出电阻值R了。最后，为了获得更加精确的数值，则应该再次移动四端电阻器的滑动端，改变被测铜丝长度，重复上述步骤，平行测定5次。

解决了电阻值的测定问题，接下来就是导线长度与直径的测定了，在实际测定中由于对于导线长度的精度要求不是特别高，所以刻度尺的测量精度一般就可以满足需求。值得一提的是，在测量长度时，零刻度线要对准，刻度尺和导线要保持平行，测得的数据也要保留一定的有效数字。只有这样才能在一定程度上保证数据的真实性。而直径的测定使用的则是游标卡尺或者螺旋测微器，这样不仅比较易于操作，而且测得的数据也比较准确。最后，不管是测量长度还是直径，都要平行测定多次，这样才能有效地减少绝对误差。

1.4测定方法的优缺点

优点：测定原理简单易懂，测定步骤易于操作，且对于实验仪器的要求也不是很高，这就使其应用范围较为广阔，尤其是在进行精度较低的电阻率的测定时，这种方法的优势就更加凸显了出来。

缺点：在实际的测量过程中，电阻值、导线长度或者是导线直径的测定都可能产生较大的误差，因此，此种方法测定出来的电阻率的精度比较有限。此外由于原理的限制，此种方法只适用于粗细均匀的圆柱形金属材料的电阻率值的测定，而对于那些粗细不均匀或是形状不规则的金属材料就无能为力了，这也正是其局限所在。

1.5影响测定结果的因素

首先，金属导线的粗细不是严格均匀的，某些部位的直径会比较大，有些就会比较小，这样就会导致测得的结果不准确。还有一种情况则是在使用游标卡尺测量直径时过于用力，将金属导线挤压变形，这样就会直接影响S的值，从而间接影响电阻率的数值；最后，在测定电阻的过程中，调零等操作不准确，或是某些质软的金属材料在测定过程中发生形变，甚至是当时的室温变化等等因素都会对电阻值R的数值大小造成影响，这样测出的R值就会偏离真实值，电阻率的精确度就得不到保障。

1.6对于测定实验的改进建议

首先，在温度控制方面，可以考虑采用热水降温的方法。具体操作步骤如下：把铜漆包线绕成的线圈放入烧杯中，加上适量的热水，通过自然降温使水的温度降低。因为铜漆包线温度低，水的温度高，所以它们之间会产生热交换。这样渐渐的铜漆包线的温度就会升高，水的温度则会下降，而当水的温度下降足够缓慢时，则可以近似认为水的温度与铜漆包线的温度相同。此时只要测量出水的温度，即可作为铜漆包线的温度，这样就可以有效的控制温度对于较为敏感金属材料的影响了。

其次，在测定横截面积S时，为了减弱金属柱体不均匀或是挤压形变等因素对实验结果造成的影响，在使用游标卡尺或螺旋测微器时，当我们完成测量一次，得到数1后，需要转过一个平角，再次在同一个地方进行测量，从而得到数2。若数1和数2的值相差过大，则说明该组数值的误差较大，应及时舍弃，只有这样，才能有效地减少由金属材料粗细不均造成的影响。

最后就是对于长度测量的改进了，一方面我们可以通过使用更加精良的仪器从而提高精度，这也是最简单直接的一种方法；另一方面则可以从改进实验方法方面下手。如长度可以通过流体静力称衡法测得，从而减小由于工具或是实验者读数时的主观因素造成的误差，得到更精确的数值。

2.高温金属电导率的测量

由于高温金属电导率的测量较为复杂，碍于篇幅所限，笔者不能详尽，所以就简要谈一谈其中的要点。在高温金属电阻率的测定中，最难控制的因素就是温度，因为温度会引起各种参数的变化，从而造成很大的系统误差，所以要想得到实用的结果，就必须消除这些误差，下面笔者就介绍一种常用的方法：在系统使用前，用加热到1000e左右的Al2O3代替被测样品，进行电导率与温度的测量。这样由于测温电路使用了AD595电偶信号调理芯片，温度的线性和精度就可以得到有效的保证。而Al2O3是非常稳定的物质，其电导率可以认为不随温度变化而改变，故可得到一个温度、电阻率测量值的采样序列，用来作为实际使用中的校正数据。解决了温度的问题，在此基础上，再结合相关的专业仪器如传感器等，就可以较为精确地测定高温金属的电阻率大小。

3.结语

不同金属材料有不同的理化性质，因而其电阻率的检测也有不同的方法。所以，在实际的测定过程中，我们一定要尊重客观的条件，实事求是，从资金设备或实验员的专业素质等因素出发选择最适合的测量方法。总而言之，电阻率的测定对于金属材料的进一步推广应用具有重大的意义。因此，我们一定要重视起来，不断改进实验仪器和方法，从而获得更精确的结果。

【参考文献】

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