电阻率的测量装置和测量方法与流程

本发明属于新能源的测量领域，尤其是电阻率的测量领域。

背景技术

新能源领域使用很多导电材料，对新材料也需要测量很多物理量，导电材料的电阻率对很多产品的性能有重要的影响，电阻率极大的影响着电能的传输，在很多新能源领域，技术人员非常关心材料的电阻率。所以，如何测量电阻率成为一个技术问题。现在测量电阻率的装置和方法已经很丰富，但是，仍然需要新的测量方法。新的测量方法对新能源、新材料、输电领域有重大意义。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提出电阻率的测量装置和测量方法，

1，用于测量电阻率的装置，其特征是：

所述用于测量电阻率的装置包括下沉器，下沉器由绝缘材料制成，下沉器壳体为圆筒状，在下沉器壳体内部，沿着轴向设有一个贯通的下沉器立管，下沉器壳体下端固定连接有下沉器封底，下沉器上端还设有下沉器上盖，下沉器上盖和下沉器壳体的上端是可拆卸连接，把需要测量电阻率的材料制成待测物，待测物外表面形状为圆柱形，待测物设有待测物孔，待测物孔用于套设下沉器立管，还包括配重器，配重器设有配重器孔，配重器孔用于套设下沉器立管，配重器由绝缘材料制成，还包括承液器，承液器为绝缘且透明的材料制成的桶状容器，在承液器内部，沿着轴向设有一个立柱，立柱为竖直方向，承液器内部承装有透明且绝缘的液体，下沉器贯通的下沉器立管用于套设立柱，还包括产生交变磁场的装置，承液器置于交变磁场中，还包括用于测量下沉器沿着立柱下降速度的测速装置。

2，测量电阻率的方法，所述方法应用于一种测量电阻率的装置，所述用于测量电阻率的装置包括下沉器，下沉器由绝缘材料制成，下沉器壳体为圆筒状，在下沉器壳体内部，沿着轴向设有一个贯通的下沉器立管，下沉器壳体下端固定连接有下沉器封底，下沉器上端还设有下沉器上盖，下沉器上盖和下沉器壳体的上端是可拆卸连接，把需要测量电阻率的材料制成待测物，待测物外表面形状为圆柱形，待测物设有待测物孔，待测物孔用于套设下沉器立管，还包括配重器，配重器设有配重器孔，配重器孔用于套设下沉器立管，配重器由绝缘材料制成，还包括承液器，承液器为绝缘且透明的材料制成的桶状容器，在承液器内部，沿着轴向设有一个立柱，立柱为竖直方向，承液器内部承装有透明且绝缘的液体，下沉器贯通的下沉器立管用于套设立柱，还包括产生交变磁场的装置，承液器置于交变磁场中，还包括用于测量下沉器沿着立柱下降速度的测速装置，

其特征是：

第一步：卸下下沉器上盖，先把待测物孔套设下沉器立管，然后把配重器套设下沉器立管，并且下沉器、待测物、配重器的总质量等于预设质量，然后安装下沉器上盖，

第二步，把下沉器立管套设承液器的立柱，使下沉器沿着立柱下降，

第三步，测量下沉器的速度，当下沉器在连续两个相等、相邻时间间隔内的平均速度相同时，记录该速度v，

第四步，根据标定出的数值，查找第三步所述速度v对应的电阻率。本发明为测量电阻率提供了新的技术方案。

附图说明

图1，本发明局部结构示意图。

图2，本发明局部俯视图。

图3，本发明局部结构示意图。

图4，本发明局部俯视图。

图5，本发明局部结构示意图。

图6，本发明局部结俯视图。

图7，本发明局部侧视图。

图8，本发明局部俯视图。

图9，本发明局部侧视图。

图10，本发明局部侧视图。

图11，本发明局部侧视图。

图12，本发明局部侧视图。

图中：1-下沉器，11-下沉器孔，12-下沉器上盖，13-下沉器封底，14-下沉器壳体，15-下沉器立管，2-待测物，21-待测物孔，3-配重器，31-配重器孔，4-承液器，41-立柱，42-液体。

具体实施方式

相同环境下，电阻率由材料决定，电阻由材料以及该材料制成的导电体决定，只要制成的物体形状一致，测量电阻的方法一致，那么，电阻阻值和电阻率就有一一对应的关系。也就是说，知道电阻就可以确定电阻率。

一个导体完全“淹没”在匀强磁场中的时候，如果运动不能使导体的磁通量发生变化，导体就不会受到安培力的作用而速度变化，如果是交变磁场，穿过导体的磁通量发生了变化，并且是周期性的变化，那么，导体在下落过程就会做加速度减小的加速运动，直至趋近于匀速或者匀速，趋近匀速的速度或者匀速的速度叫做收尾速度，这个收尾速度和哪些因素有关系呢？该因素包括：下落物体的重量、下落物体受到的阻力、磁场。阻力包括流体造成的阻力和安培力，而安培力和电流强度有关系，电流强度和电阻有关系，电阻和电阻率由关系。如果，能够把其它量都控制的一致，那么，收尾速度就和电阻率有一一对应的关系。知道了收尾速度也就能够知道电阻率。

那么，其它量是如何被控制的一致的呢？关键是下沉器1的作用。请参见附图1，附图1是下沉器1的结构示意图。

所述用于测量电阻率的装置包括下沉器1，下沉器1由绝缘材料制成，比如玻璃，亚克力，优选玻璃，下沉器壳体14为圆筒状，在下沉器壳体14内部，沿着轴向设有一个贯通的下沉器立管15，这个立管的横截面形状可以是三角形，如果是三角形则优选等边三角形，形状也可以是正方形，但是，不宜选用圆形，为什么不优选圆形呢？因为圆形可以转动，当转动的时候，对下沉速度有影响，这样的因素不可控制，对测量有大的误差。

下沉器立管15有一个轴线，下沉器壳体14也有一个轴线，这两个轴线优选重合，这样质心就重合，下沉器1在下降的过程和立柱41的摩擦较小。下沉器立管15的截面形状是等边三角形的时候，下沉器1的轴线通过等边三角形的中心。下沉器立管15的截面形状是正方形的时候，下沉器1的轴线通过正方形对角线的交点。

下沉器壳体14下端固定连接有下沉器封底13，下沉器1上端还设有下沉器上盖12，下沉器上盖12和下沉器壳体14的上端是可拆卸连接，下沉器封底13、下沉器壳体14、下沉器上盖12、下沉器立管15形成一个封闭的空间，这里的封闭指的是液体42不会流入或者流出，也可以理解为密闭。需要强调的是，下沉器立管15是贯通整个下沉器1的，也就是说，拿一个细杆可以从下沉器1一端穿过另一端。

下沉器立管15的两端开口分别位于下沉器封底13所在的面和下沉器上盖12所在的面。

附图2是下沉器1的截面结构示意图。

参见附图3，附图3表达了待测物2的形状。附图4是待测物2的截面图。把需要测量电阻率的材料制成待测物2，待测物2外表面形状为圆柱形，待测物2设有待测物孔21，待测物孔21用于套设下沉器立管15。待测物2要套设下沉器立管15，也可以说，要把待测物2放到下沉器1里面去，当然，待测物2要有一个与下沉器立管15相适应的待测物孔21，如果下沉器立管15是等边三角形，那么，待测物孔21的形状也为等边三角形，如果下沉器立管15是正方形，那么，待测物孔21的形状也为正方形，这样的效果是让下沉器1、待测物2都不发生转动，利于减小测量误差，因为转动会造成下落速度的改变。为了减小转动的可能，下沉器立管15的尺寸要尽可能和待测物孔21的尺寸一致，但是，下沉器立管15的尺寸不能大于待测物孔21的尺寸，要不然待测物2就无法套设下沉器立管15。

待测物2除了待测物孔21，其他部分都是实心的。为什么要做成实心的呢？这样容易达到相同的形状，这是减小误差的操作，技术效果是减小误差，提高测量的准确度。

参见附图5和附图6，还包括配重器3，配重器3设有配重器孔31，配重器孔31用于套设下沉器立管15，配重器3由绝缘材料制成。附图5意在说明配重器3的形状，附图6是配重器3的截面图。

需要注意的是，不管测量的金属a，还是金属b，还是金属c，所有的待测物2的形状都是一样的，这个非常重要。为什么要都要一样呢？因为电阻阻值和形状有关系，这里说的形状不仅仅是相似，而且要全等，也就是说，所有的待测物2都要制造成一样的高度、一样的直径、待测物孔21的位置都要一样，待测物孔21的尺寸也要一样。

优选方式是让待测物2在水平方向填充满下沉器1，也就是说，待测物2的尺寸和下沉器1内部的尺寸要尽可能精确的相同，这样的好处包括：1，可以测量导电液体42的电阻率，只需要把待测液体42灌装到下沉器1里面就可以填充下沉器1了。2，减小误差。

既然不同待测量材料的尺寸一样，那么，体积也就一样的，然而，因为密度的不同，势必质量不同，也就是重量不同，如何保证安装了待测物2的下沉器1都具有相同的重量呢？这就需要配重器3。比如，金属a制成的待测物2质量为50g，金属b制成的待测物2质量为65g，金属c制成的待测物2质量为71g，那么，我们可以在下沉器1内部放置配重器3，使得待测物2质量加配重器3质量总是等于100g。换句话说，待测物2质量加配重器3质量总是相等的，这个从加工角度很容易实现，比如，加工多个质量不同的配重器3，每种质量的配重器3数量也可以是多个，质量有5g，1g，0.1g等，选择合适的搭配，就可以确保待测物2质量加配重器3质量总是相等的。

配重器3解决的技术问题是：能够让很多物理量保持一致，从而减小测量的误差。在测量电阻率的现有技术中，还没有使用配重器3的先例。也就是说，在本发明中，使用配重器3不是常规技术手段。

为什么还要有下沉器1呢？下沉器1解决多个技术问题，达到多种技术效果。1，下沉器1用于安置待测物2和配重器3,2，如果待测物2是液体42，那么，下沉器1可以用于承装液体42。3，下沉器1确保了下沉物体的形状总是一致的。之前说到了，如果要让电阻率和收尾速度有一一对应的关系，那么，其他量都应该是相同的，或者即使不同，造成的误差足够小也是可以忽略的，不管什么样的待测物2放到下沉器1里面，当放置了合适的配重器3以后，就确保了重量都一样，当把下沉器上盖12封闭以后，就确保了体积、形状一样，流体造成的阻力情况都是一样的。

参见附图7和附图8，附图7是承液器4的结构示意图，附图8是横截面的形状。承液器4为绝缘且透明的材料制成的桶状容器，承液器4可以用玻璃制成，也可以用亚克力制成，在承液器4内部，沿着轴向设有一个立柱41，立柱41为竖直方向，承液器4内部承装有透明且绝缘的液体42，下沉器1贯通的下沉器立管15用于套设立柱41。为了确保在到达收尾速度之前不会触底，液体42要有足够的深度，也就是说，承液器4及其立柱41要有足够的高度。

为了减小测量误差，立柱41的轴线优选和承液器4的轴线重合。

因为立柱41用于套设下沉器1，并且要防止下沉器1自转，所以，立柱41的截面形状要和下沉器立管15内部截面的形状(即：下沉器孔11的形状)相适应，这里说的形状还包括尺寸。比如说，立柱41是正方形，边长为1cm，那么，下沉器孔11的截面形状也是正方形，边长0.95cm，或者说立柱41的形状和下沉器孔11截面形状相适应，且盈余套设。

也可以说，立柱41用于约束下沉器1的运动，下沉器1只能沿着立柱41下沉。

参见附图9，还包括产生交变磁场的装置，承液器4置于交变磁场中。为什么磁场是交变的呢？因为匀强磁场不会导致待测物2的磁通量发生变化。那么，优选什么样的交变磁场呢？优选这样的磁场：1，磁感线的方向是水平的，2，磁感应强度方向变化仅仅是某个方向以及该方向的反方向。3，磁感应强度变化的周期小于0.02秒。4，在任意一个时刻，磁场是均匀分布的。产生磁场属于现有技术。比如利用亥姆霍兹线圈加一个交变电流产生装置就很容易得到本发明所述磁场。

下沉器1携带着待测物2下沉，开始的时候，速度可能是增加的，因为安培力的作用，下沉器1最终达到了一个收尾速度。

为什么承液器4里面也有液体42呢？因为如果没有液体42，收尾速度会很大，而且需要承液器4足够的高，那样的装置非常笨重。如果收尾速度很大，那么，测量误差通常会很大，所以，这里液体42能达到的技术效果是：1，减小承液器4的高度,2，提高测量精度。这也是现有技术没有披露过的技术手段。

还包括用于测量下沉器1沿着立柱41下降速度的测速装置。

参见附图10，该图，在下沉器1中放置了待测物2、配重器3。

参见附图11，该图，在下沉器1中放置了待测物2、多个配重器3。

同一个测量装置，所采用的下沉器1都是一样的，待测物2的尺寸都是一致的，下沉器1、待测物2、配重器3三者质量之和是相同的。附图12是下沉器1套设立柱41的示意图。图中省略了磁场和速度测量装置。

测量物体的速度属于现有技术，人类对某些物理量的测量技术已经炉火纯青，比如质量、速度、位移、时间，从极大的数值到极小的数值都可以测量的非常精确。所以，本发明测量下沉器1的速度属于现有技术。但是，优选频闪法测量。频闪法是现有技术。简单的说，就是用高频率闪亮的平行光照射下沉器1，然后，下沉器1在沿着光传播的方向设置一个印刷有高度刻度的幕布或者墙面，那么，下沉器1的影子就出现在墙面，测量的同时，录制测量过程的视频，那么，根据时间间隔下沉器1下落的位移，就可以知道下沉器1在该段时间的平均速度，当选取的时间间隔足够小的时候，这个平均速度就可以视为瞬时速度。使用频闪法测量速度或者测量平均速度是高中生都知道的技术，完全属于现有技术。频闪法也叫做频闪照相法。闪光的频率当然是已知的。

需要说明的是，为什么这里优选频闪法测量速度。因为交变磁场让下沉器1未必是匀速的达到收尾速度，如果选用的交变磁场让下沉器1的收尾速度在极小范围内波动，虽然瞬时速度是波动的，但是，在两个相邻的、相等的时间间隔内(这个时间间隔选择稍长，比如选择10倍的频闪周期)，下沉器1下落的位移还是相同的，从而获悉收尾的平均速度。

测量电阻率的方法：

如果待测物2是固体，就把待测物2加工成附图2所示的样子，需要注意的是，不管测量哪种材料，待测物2的尺寸都是一样的，比如，都加工成圆柱体，高度5cm，直径2cm，中间开待测物孔21，待测物孔21的形状为正方形，边长0.5cm。

卸下下沉器上盖12，先把待测物孔21套设下沉器立管15，然后把配重器3套设下沉器立管15，并且下沉器1、待测物2、配重器3的总质量等于预设质量，然后安装下沉器上盖12，确保密闭。

把承液器4置于交变磁场中，

把下沉器立管15套设承液器4的立柱41，使下沉器1沿着立柱41下降，

测量下沉器1的速度，当下沉器1在连续两个相等、相邻时间间隔内的平均速度相同时，记录该速度v，

根据标定出的数值，查找第三步所述速度v对应的电阻率。

接下来，说一下标定。找一些已经知晓电阻率的材料，制造成待测物2，用本发明所述的装置和测量方法来测量收尾速度，如果需要测量的材料也是相同的收尾速度，那么，需要测量的材料的电阻率和某个已经知道电阻率材料的收尾速度相同，那么，需要测量的材料的电阻率也就知道了。如果待测物2的收尾速度介于标定的两个收尾速度之间，那么，待测物2的电阻率也就介于这两个对应的电阻率之间。透明且绝缘的液体42属于现有技术，比如蒸馏水。

本发明不但可以测量固体的电阻率，还可以测量液体42的电阻率，还可以测量粉状物的电阻率，只要把待测物2放到下沉器1里面就可以了。当然，每次测量都要和标定时候测量的操作一致。这样才是控制变量法。

如果测量的是粉状物，需要注意，粉状物的外表体积和受到的压力有关系，只要确保同种粉状物在每次操作的时候，相同的高度有相同的质量就可以了，这很容易控制。

本发明为测量电阻率提供了一种新的测量装置和测量方法。