四探針測試儀主要由四根等間距排列的金屬探針組成。當進行測量時,外側的兩個探針用于通入電流,而內側的兩個探針則用來檢測電壓降。這種設計巧妙地消除了接觸電阻對測量結果的影響,因為電壓測量端并不承載電流,從而提高了測量的準確性。
物理依據與公式應用:該設備基于歐姆定律運作,通過準確控制電流并測量由此產生的電壓變化來計算材料的電阻率。其中幾何修正因子k綜合考慮了探針間距、樣品尺寸及厚度等因素。這一公式確保了在不同測試條件下獲得的結果具有高度可比性和一致性。
非接觸式優勢:作為非接觸式的測量方法,四探針法有效避免了傳統兩電極技術中可能出現的接觸不良問題,尤其適用于表面粗糙或不規則形狀的材料測試。它能夠深入反映材料本身的固有電學性質,不受表面狀況干擾。
四探針測試儀的使用注意事項:
1.探針相關事項
-壓力標準化:嚴格控制探針的壓力,使用具有彈性元件(如彈簧)的探針組件,確保每次測量時的壓力保持一致。因為壓力變化會影響接觸電阻,進而影響測量準確性。
-清潔維護:定期清理探針,防止灰塵、雜質等附著影響導電性能。若探針磨損嚴重應及時更換,以保證良好的接觸效果。
-避免劃傷樣品:操作過程中要小心謹慎,防止探針意外滑落或用力過猛劃傷樣品表面,尤其是對于脆弱或精密的材料更要格外注意。
2.樣品相關事項
-遠離邊緣:考慮到樣品邊緣處的電場分布不均勻會產生邊緣效應,從而干擾測量結果,因此測試區域應盡量遠離樣品邊緣。
-溫度影響:某些材料的電阻會隨溫度發生變化,所以在測量過程中要注意環境溫度的穩定性。必要時可以采取控溫措施,或者記錄當時的環境溫度以便后續修正數據。
-靜電防護:對于一些容易產生靜電積累的材料,如高分子聚合物等,在進行測量前需要消除靜電,否則靜電可能會影響測量的準確性甚至損壞儀器。
3.操作規范事項
-正確接線:嚴格按照儀器說明書的要求連接導線,確保電流和電壓的測量線路正確無誤。錯誤的接線可能導致短路、斷路等問題,不僅無法得到正確結果,還可能損壞儀器設備。
-穩定狀態讀數:在施加電流后等待一段時間,待示數穩定后再讀取電壓值。因為在剛開始通電時,材料內部的電荷分布可能尚未達到平衡狀態,此時讀數不準確。
-避免電磁干擾:將測試儀放置在遠離大型電機、變壓器等強電磁源的地方,因為這些設備的磁場可能會耦合到測量回路中,引入額外的誤差。如果無法避免,可采用屏蔽措施來降低干擾。
4.安全事項
-防止觸電:雖然四探針測試儀使用的電壓相對較低,但在操作過程中仍需注意用電安全,不要隨意觸摸帶電部分。特別是在更換樣品或調整探針位置時,先切斷電源再進行操作。
-妥善保管儀器:使用完畢后及時關閉電源,并將儀器放置在干燥、通風良好的地方保存。避免儀器受到劇烈震動、碰撞或潮濕環境的影響,延長其使用壽命。