专利名称：一种测量材料静态阻值和动态变化阻值的仪器及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种测量材料电阻的仪器，尤其是涉及一种测量材料静态阻值和动态 变化阻值的仪器及测量方法。
背景技术：
目前根据体积电阻率
的不同，测量电阻的办法分为两种一种是当 时，使用一般的数字万用表即
可；另一种是随着航天航空事业的飞速发展，对轻质材料且具有屏蔽功能的新型材料的研 究不断深入，科研工作人员把目光投入到聚丙烯、聚苯胺等高聚物身上，它们是高分子材 料，加入导电颗粒后，它们的电学性能对研究材料荷载作用时导电性能内在机理有很重要 的意义，上述高分子材料的的体积电阻率ρ>〗ο8Ω··，这需要用到高阻仪来测试。在较短时间内，外加荷载、温度等急剧变化时，被测材料的阻值会出现一个极快且 极大的变化量，这是材料的动态变化阻值。现有的测阻仪主要用于材料静态阻值的测量，无 法进行材料的动态变化阻值测量，因为还没有等测量仪器采集数据，动态载荷作用变化导 致的电阻变化(要求测量频率为1次/秒)已经结束了。再者某些材料在荷载和温度等外界环境急剧变化时，其材料电阻量级变化很大， 如电阻阻值在IO2-IOki内，要求测量频率在1次/分，此时也可以用静态测量法。静态测量 可用到普通的数字万用表和高阻仪两种测阻仪，但转换两种测量仪器进行测量，一方面比 较麻烦，另一方面因转换两种仪器所需一定的时间间隔，可能会因为时间的耽误导致测量误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测量材料静态阻值和动态变化阻值的仪 器和测量方法，既可以测量外界环境急剧变化时的材料动态变化阻值，也可以测量外界环 境急剧变化时的材料静态阻值。当外界环境急剧变化时，某些材料电阻量级变化很大，本发 明即可以测量量级较高的阻值，也同时可以测量量级较低的阻值，实现对量级变化很大的 材料进行测量。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种测量材料静态阻值和动态变 化阻值的仪器，包括可变电压源和电源电压信号显示电路，所述的可变电压源与所述的电 源电压信号显示电路连接，其特征在于它还包括第一标准电阻器、可调电阻器、第二标准电 阻器、平衡电桥显示电路和动态电压显示电路，所述的电源电压信号显示电路分别与所述 的第一标准电阻器和可调电阻器连接，所述的第一标准电阻器与所述的可调电阻器连接， 所述的可调电阻器与所述的第二标准电阻器连接，待测电阻设置在第一标准电阻器与第二 标准电阻器之间，所述的平衡电桥显示电路设置在第一标准电阻器和可调电阻器之间的连 接点与待测电阻和第二标准电阻器之间的连接点之间，所述的动态电压显示电路设置在第一标准电阻器和可调电阻器之间的连接点与待测电阻和第二标准电阻器之间的连接点之 间。所述的平衡电桥显示电路包括第一多通道拨码开关、可选择电阻器、第二多通道 拨码开关和微安表，所述的可选择电阻器连接在第一多通道拨码开关和第二多通道拨码开 关之间，所述的第一多通道拨码开关与第一标准电阻器和可调电阻器之间的连接点连接， 所述的第二多通道拨码开关与待测电阻和第二标准电阻器之间的连接点连接，所述的动态 电压显示电路包括数字存储示波器，所述的微安表与数字存储示波器并联后的一端连接在 第一标准电阻器与可调电阻器之间的连接点，所述的微安表与数字存储示波器并联后的另 一端连接在第二标准电阻器与待测电阻之间的连接点。第一标准电阻器和第一多通道拨码开关之间的连接点与可调电阻器之间设置有 第三选择开关和第八选择开关，第三选择开关与第八选择开关之间的连接点、微安表和数 字存储示波器之间设置有第五选择开关，第二多通道拨码开关和第二标准电阻器之间的连 接点与待测电阻之间设置有第二选择开关，第二多通道拨码开关和第二标准电阻器之间的 连接点、微安表和数字存储示波器之间设置有第七选择开关，所述的可调电阻器包括精调 电阻和粗调电阻，精调电阻和粗调电阻通过第九选择开关与万用表连接。所述的可变电压源一端设置有第一开关，所述的电源电压信号显示电路包括第一 发光二极管和第七电阻。所述的第一标准电阻器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻 和第六电阻，可调电阻器还包括第九电阻、第十电阻、第i^一电阻和第十二电阻，可选择电 阻器包括第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻和第十八电阻，第 二标准电阻器包括第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻 和第二十四电阻，所述的第一多通道拨码开关和第二多通道拨码开关都为六通道拨码开 关，第二选择开关、第三选择开关、第七选择开关和第八选择开关都为六路选择开关。一种材料静态阻值的测量方法，其具体步骤如下 步骤一先在待测材料的两侧接上电极；
步骤二 将接上电极的待测材料接入到第二选择开关与第一标准电阻器之间； 步骤三调节第三选择开关，使第一标准电阻器中的第六电阻接通，调节第一多通道拨 码开关和第二多通道拨码开关，使可选择电阻器中的第十三电阻接通，调节第二选择开关， 使第二标准电阻器中的第二十四电阻接通，调节第八选择开关，使可调电阻器中的粗调电 阻接通，调节第五选择开关和第七选择开关，使微安表接通，合上第一开关，使可变电压源 输出IOV电压；
步骤四调节粗调电阻，使微安表指针指零；
步骤五调节第八选择开关，使可调电阻器中的精调电阻接通，调节精调电阻，使微安 表指针指零，达到电桥平衡；
步骤六调节第九选择开关，用万用表测量精调电阻的电阻值，根据待测材料阻值RX= 第六电阻的阻值*第二十四电阻的阻值/第八电阻的阻值。一种材料动态阻值的测量方法，其具体步骤如下 步骤一在霍普金森压杆装置中，加入待测材料试样； 步骤二 将待测材料的两侧接上电极；步骤三将接上电极的待测材料接入到第二选择开关与第一标准电阻器之间； 步骤四调节第三选择开关，使第一标准电阻器中的第五电阻接通，调节第一多通道拨 码开关和第二多通道拨码开关，使可选择电阻器中的第十四电阻接通，调节第二选择开关， 使第二标准电阻器中的第二十三电阻接通，调节第八选择开关，使可调电阻器中的粗调电 阻接通，调节第五选择开关和第七选择开关，使微安表接通，合上第一开关，使可变电压源 输出100V电压；
步骤五调节粗调电阻，使微安表指针指零；
步骤六调节第八选择开关，使可调电阻器中的精调电阻接通，调节精调电阻，使微安 表指针指零，达到电桥平衡；
步骤七调节第九选择开关，用万用表测量精调电阻的电阻值，根据待测材料阻值RX= 第五电阻的阻值*第二十三电阻的阻值/第八电阻的阻值；
步骤八选择第五选择开关，接通数字存储示波器，选择第八选择开关接通与精调电阻 量级接近的第九电阻或第十电阻或第十一电阻或第十二电阻；
步骤九启动霍普金森压杆装置，撞击杆撞击入射杆，入射杆作用待测材料试样，待测 材料试样作用透射杆，透射杆作用吸收杆，吸收杆撞击阻尼器； 步骤十记录数字存储示波器上显示的电压变化曲线；
步骤十一通过电压与电阻之间的转化公式，将电压变化曲线转换成材料阻值变化曲线。与现有技术相比，本发明的优点是在外部环境(载荷和温度等)剧烈变化时，实现 对材料动态变化阻值的测量，同时在外部环境(载荷和温度等)剧烈变化时，实现对材料静 态阻值的测量。当外界环境急剧变化时，某些材料电阻量级变化很大，本发明即可以测量量 级较高的阻值，也同时可以测量量级较低的阻值，实现对量级变化很大的材料进行测量。
图1为本发明的电路结构框图； 图2为本发明的电路原理图3为本发明动态阻值测量装置结构图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。一种测量材料静态阻值和动态变化阻值的仪器，包括可变电压源BTl和电源电压 信号显示电路2，可变电压源BTl与电源电压信号显示电路2连接，它还包括第一标准电阻 器3、可调电阻器4、第二标准电阻器5、平衡电桥显示电路6和动态电压显示电路7，电源电 压信号显示电路2分别与第一标准电阻器3和可调电阻器4连接，第一标准电阻器3与可 调电阻器4连接，可调电阻器4与第二标准电阻器5连接，待测电阻RX设置在第一标准电 阻器3与第二标准电阻器5之间，平衡电桥显示电路6设置在第一标准电阻器3和可调电 阻器4之间的连接点与待测电阻RX和第二标准电阻器5之间的连接点之间，动态电压显示 电路7设置在第一标准电阻器3和可调电阻器4之间的连接点与待测电阻RX和第二标准 电阻器5之间的连接点之间。
平衡电桥显示电路6包括第一多通道拨码开关S4、可选择电阻器RZ、第二多通道 拨码开关S6和微安表，可选择电阻器RZ连接在第一多通道拨码开关S4和第二多通道拨码 开关S6之间，第一多通道拨码开关S4与第一标准电阻器3和可调电阻器4之间的连接点 连接，第二多通道拨码开关S6与待测电阻RX和第二标准电阻器5之间的连接点连接，动态 电压显示电路7包括数字存储示波器，微安表与数字存储示波器并联后的一端连接在第一 标准电阻器3与可调电阻器4之间的连接点，微安表与数字存储示波器并联后的另一端连 接在第二标准电阻器5与待测电阻RX之间的连接点。第一标准电阻器3和第一多通道拨码开关S4之间的连接点与可调电阻器4之间 设置有第三选择开关S3和第八选择开关S8，第三选择开关S3与第八选择开关S8之间的连 接点、微安表和数字存储示波器之间设置有第五选择开关S5，第二多通道拨码开关S6和第 二标准电阻器5之间的连接点与待测电阻RX之间设置有第二选择开关S2，第二多通道拨 码开关S6和第二标准电阻器5之间的连接点、微安表和数字存储示波器之间设置有第七选 择开关S7，可调电阻器4包括精调电阻R8和粗调电阻R25，精调电阻R8和粗调电阻R25通 过第九选择开关S9与万用表连接。通过对二个多通道拨码开关的选择，可在可选择电阻器 RZ中的选择合适的电阻。可变电压源BTl —端设置有第一开关Si，电源电压信号显示电路2包括第一发光 二极管Dl和第七电阻R7。第一标准电阻器3包括阻值为100欧姆的第一电阻R1、阻值为IK欧姆的第二电阻 R2、阻值为IOK欧姆的第三电阻R3、阻值为100K欧姆的第四电阻R4、阻值为IM欧姆的第五 电阻R5和阻值为IOM欧姆的第六电阻R6，可调电阻器4还包括阻值为1欧姆的第九电阻 R9、阻值为10欧姆的第十电阻R10、阻值为100欧姆的第i^一电阻Rll和阻值为IK欧姆的 第十二电阻R12，可选择电阻器RZ包括阻值为100K欧姆的第十三电阻R13、阻值为100K欧 姆的第十四电阻R14、阻值为IOK欧姆的第十五电阻R15、阻值为IK欧姆的第十六电阻R16、 阻值为100欧姆的第十七电阻R17和阻值为10欧姆的第十八电阻R18，第二标准电阻器5 包括阻值为100欧姆的第十九电阻R19、阻值为IK欧姆的第二十电阻R20、阻值为IOK欧姆 的第二十一电阻R21、阻值为100K欧姆的第二十二电阻R22、阻值为IM欧姆的第二十三电 阻R23和阻值为IOM欧姆的第二十四电阻R24，第一多通道拨码开关S4和第二多通道拨码 开关S6都为六通道拨码开关，第二选择开关S2、第三选择开关S3、第七选择开关S7和第八 选择开关S8都为六路选择开关。一种材料静态阻值的测量方法，其具体步骤如下 步骤一先在待测材料RX的两侧接上电极；
步骤二 将接上电极的待测材料RX接入到第二选择开关S2与第一标准电阻器3之间； 步骤三调节第三选择开关S3，使第一标准电阻器3中的第六电阻R6接通，调节第一 多通道拨码开关S4和第二多通道拨码S6开关，使可选择电阻器RZ中的第十三电阻R13接 通，调节第二选择开关S2，使第二标准电阻器5中的第二十四电阻R24接通，调节第八选择 开关S8，使可调电阻器4中的粗调电阻R25接通，调节第五选择开关S5和第七选择开关S7， 使微安表接通，合上第一开关Si，使可变电压源BTl输出IOV电压； 步骤四调节粗调电阻R25，使微安表指针指零；
步骤五调节第八选择开关S8，使可调电阻器4中的精调电阻R8接通，调节精调电阻R8，使微安表指针指零，达到电桥平衡；
步骤六调节第九选择开关S9，用万用表测量精调电阻R8的电阻值，根据待测材料RX 的阻值=第六电阻R6的阻值*第二十四电阻R24的阻值/第八电阻R8的阻值。
一种材料动态阻值的测量方法，其具体步骤如下 步骤一将待测材料RX的两侧接上电极；
步骤二 将接上电极的待测材料RX接入到第二选择开关S2与第一标准电阻器3之间； 步骤三将待测材料RX试样加入霍普金森压杆装置中；
步骤四调节第三选择开关S3，使第一标准电阻器3中的第五电阻R5接通，调节第一 多通道拨码开关S4和第二多通道拨码S6开关，使可选择电阻器RZ中的第十四电阻R14接 通，调节第二选择开关S2，使第二标准电阻器5中的第二十三电阻R23接通，调节第八选择 开关S8，使可调电阻器4中的粗调电阻R25接通，调节第五选择开关S5和第七选择开关S7， 使微安表接通，合上第一开关Si，使可变电压源BTl输出100V电压； 步骤五调节粗调电阻R25，使微安表指针指零；
步骤六调节第八选择开关S8,使可调电阻器4中的精调电阻R8接通，调节精调电阻 R8，使微安表指针指零，达到电桥平衡；
步骤七调节第九选择开关S9，用万用表测量精调电阻R8的电阻值，根据待测材料RX 阻值=第五电阻R5的阻值*第二十三电阻R23的阻值/第八电阻R8的阻值； 步骤八选择第五选择开关S5，接通数字存储示波器，选择第八选择开关S8接通与精 调电阻R8电阻量级接近的第九电阻R9或第十电阻RlO或第十一电阻Rll或第十二电阻 R12 ；避免大电流损坏精调电阻R8 ；
步骤九启动霍普金森压杆装置，撞击杆8撞击入射杆9，入射杆9作用待测材料RX试 样，待测材料RX试样作用透射杆10，透射杆10作用吸收杆11，吸收杆11撞击阻尼器12 ； 步骤十记录数字存储示波器上显示的电压变化曲线；
步骤十一通过电压与电阻之间的转化公式，将电压变化曲线转换成材料阻值变化曲线。
权利要求
一种测量材料静态阻值和动态变化阻值的仪器，包括可变电压源和电源电压信号显示电路，所述的可变电压源与所述的电源电压信号显示电路连接，其特征在于它还包括第一标准电阻器、可调电阻器、第二标准电阻器、平衡电桥显示电路和动态电压显示电路，所述的电源电压信号显示电路分别与所述的第一标准电阻器和可调电阻器连接，所述的第一标准电阻器与所述的可调电阻器连接，所述的可调电阻器与所述的第二标准电阻器连接，待测电阻设置在第一标准电阻器与第二标准电阻器之间，所述的平衡电桥显示电路设置在第一标准电阻器和可调电阻器之间的连接点与待测电阻和第二标准电阻器之间的连接点之间，所述的动态电压显示电路设置在第一标准电阻器和可调电阻器之间的连接点与待测电阻和第二标准电阻器之间的连接点之间。
2.根据权利要求1所述的一种测量材料静态阻值和动态变化阻值的仪器，其特征在于 所述的平衡电桥显示电路包括第一多通道拨码开关、可选择电阻器、第二多通道拨码开关 和微安表，所述的可选择电阻器连接在第一多通道拨码开关和第二多通道拨码开关之间， 所述的第一多通道拨码开关与第一标准电阻器和可调电阻器之间的连接点连接，所述的第 二多通道拨码开关与待测电阻和第二标准电阻器之间的连接点连接，所述的动态电压显示 电路包括数字存储示波器，所述的微安表与数字存储示波器并联后的一端连接在第一标准 电阻器与可调电阻器之间的连接点，所述的微安表与数字存储示波器并联后的另一端连接 在第二标准电阻器与待测电阻之间的连接点。
3.根据权利要求2所述的一种测量材料静态阻值和动态变化阻值的仪器，其特征在于 第一标准电阻器和第一多通道拨码开关之间的连接点与可调电阻器之间设置有第三选择 开关和第八选择开关，第三选择开关与第八选择开关之间的连接点、微安表和数字存储示 波器之间设置有第五选择开关，第二多通道拨码开关和第二标准电阻器之间的连接点与待 测电阻之间设置有第二选择开关，第二多通道拨码开关和第二标准电阻器之间的连接点、 微安表和数字存储示波器之间设置有第七选择开关，所述的可调电阻器包括精调电阻和粗 调电阻，精调电阻和粗调电阻通过第九选择开关与万用表连接。
4.根据权利要求3所述的一种测量材料静态阻值和动态变化阻值的仪器，其特征在于 所述的可变电压源一端设置有第一开关，所述的电源电压信号显示电路包括第一发光二极 管和第七电阻。
5.根据权利要求3所述的一种测量材料静态阻值和动态变化阻值的仪器，其特征在 于所述的第一标准电阻器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六 电阻，可调电阻器还包括第九电阻、第十电阻、第i^一电阻和第十二电阻，可选择电阻器包 括第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻和第十八电阻，第二标 准电阻器包括第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻和第 二十四电阻，所述的第一多通道拨码开关和第二多通道拨码开关都为六通道拨码开关，第 二选择开关、第三选择开关、第七选择开关和第八选择开关都为六路选择开关。
6.根据权利要求5所述的仪器对材料静态阻值的测量方法，其其特征在于具体步骤如下步骤一先在待测材料的两侧接上电极；步骤二 将接上电极的待测材料接入到第二选择开关与第一标准电阻器之间；步骤三调节第三选择开关，使第一标准电阻器中的第六电阻接通，调节第一多通道拨码开关和第二多通道拨码开关，使可选择电阻器中的第十三电阻接通，调节第二选择开关， 使第二标准电阻器中的第二十四电阻接通，调节第八选择开关，使可调电阻器中的粗调电 阻接通，调节第五选择开关和第七选择开关，使微安表接通，合上第一开关，使可变电压源 输出IOV电压；步骤四调节粗调电阻，使微安表指针指零；步骤五调节第八选择开关，使可调电阻器中的精调电阻接通，调节精调电阻，使微安 表指针指零，达到电桥平衡；步骤六调节第九选择开关，用万用表测量精调电阻的电阻值，根据待测材料阻值RX= 第六电阻的阻值*第二十四电阻的阻值/第八电阻的阻值。
7.根据权利要求5所述的仪器对材料动态阻值的测量方法，其特征在于具体步骤如下步骤一将待测材料RX的两侧接上电极；步骤二 将接上电极的待测材料RX接入到第二选择开关与第一标准电阻器之间；步骤 三将待测材料RX试样加入霍普金森压杆装置中；步骤四调节第三选择开关，使第一标准电阻器中的第五电阻接通，调节第一多通道拨 码开关和第二多通道拨码开关，使可选择电阻器中的第十四电阻接通，调节第二选择开关， 使第二标准电阻器中的第二十三电阻接通，调节第八选择开关，使可调电阻器中的粗调电 阻接通，调节第五选择开关和第七选择开关，使微安表接通，合上第一开关，使可变电压源 输出100V电压；步骤五调节粗调电阻，使微安表指针指零；步骤六调节第八选择开关，使可调电阻器中的精调电阻接通，调节精调电阻，使微安 表指针指零，达到电桥平衡；步骤七调节第九选择开关，用万用表测量精调电阻的电阻值，根据待测材料阻值RX= 第五电阻的阻值*第二十三电阻的阻值/第八电阻的阻值；步骤八选择第五选择开关，接通数字存储示波器，选择第八选择开关接通与精调电阻 量级接近的第九电阻或第十电阻或第十一电阻或第十二电阻；步骤九启动霍普金森压杆装置，撞击杆撞击入射杆，入射杆作用待测材料试样，待测 材料试样作用透射杆，透射杆作用吸收杆，吸收杆撞击阻尼器； 步骤十记录数字存储示波器上显示的电压变化曲线；步骤十一通过电压与电阻之间的转化公式，将电压变化曲线转换成材料阻值变化曲线。
全文摘要
本发明公开了一种测量材料静态阻值和动态变化阻值的仪器，电源电压信号显示电路分别与第一标准电阻器和可调电阻器连接，第一标准电阻器与可调电阻器连接，可调电阻器与第二标准电阻器连接，待测电阻设置在第一标准电阻器与第二标准电阻器之间，平衡电桥显示电路设置在第一标准电阻器和可调电阻器之间的连接点与待测电阻和第二标准电阻器之间的连接点之间，动态电压显示电路设置在第一标准电阻器和可调电阻器之间的连接点与待测电阻和第二标准电阻器之间的连接点之间，其优点是在外部环境(载荷和温度等)剧烈变化时，实现对材料动态变化阻值的测量，同时在外部环境(载荷和温度等)剧烈变化时，实现对材料静态阻值的测量。
文档编号G01R27/02GK101995517SQ20101051768
公开日2011年3月30日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者张明华, 陈建康, 雷金涛 申请人:宁波大学