專利名稱：一種材料動態阻值的測量方法
技術領域：
本發明涉及一種測量材料電阻的儀器，尤其是涉及ー種測量材料靜態阻值和動態變化阻值的儀器及測量方法。
背景技術：
目前根據體積電阻率ん的不同，測量電阻的辦法分為兩種一種是當
P <108Q.Cw吋，使用一般的數字萬用表即可；另一種是隨著航天航空事業的飛速發展， 對輕質材料且具有屏蔽功能的新型材料的研究不斷深入，科研工作人員把目光投入到聚丙烯、聚苯胺等高聚物身上，它們是高分子材料，加入導電顆粒后，它們的電學性能對研究材料荷載作用時導電性能內在機理有很重要的意義，上述高分子材料的的體積電阻率
P > 108Ω· ■，這需要用到高阻儀來測試。在較短時間內，外加荷載、溫度等急劇變化時，被測材料的阻值會出現ー個極快且極大的變化量，這是材料的動態變化阻值?，F有的測阻儀主要用于材料靜態阻值的測量，無法進行材料的動態變化阻值測量，因為還沒有等測量儀器采集數據，動態載荷作用變化導致的電阻變化(要求測量頻率為I次/秒)已經結束了。再者某些材料在荷載和溫度等外界環境急劇變化時，其材料電阻量級變化很大，如電阻阻值在IO2-IOki內，要求測量頻率在I次/分，此時也可以用靜態測量法。靜態測量可用到普通的數字萬用表和高阻儀兩種測阻儀，但轉換兩種測量儀器進行測量，一方面比較麻煩，另一方面因轉換兩種儀器所需一定的時間間隔，可能會因為時間的耽誤導致測量誤差。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種測量材料靜態阻值和動態變化阻值的儀器和測量方法，既可以測量外界環境急劇變化時的材料動態變化阻值，也可以測量外界環境急劇變化時的材料靜態阻值。當外界環境急劇變化時，某些材料電阻量級變化很大，本發明即可以測量量級較高的阻值，也同時可以測量量級較低的阻值，實現對量級變化很大的材料進行測量。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種測量材料靜態阻值和動態變化阻值的儀器，包括可變電壓源和電源電壓信號顯示電路，所述的可變電壓源與所述的電源電壓信號顯示電路連接，其特征在于它還包括第一標準電阻器、可調電阻器、第二標準電阻器、平衡電橋顯示電路和動態電壓顯示電路，所述的電源電壓信號顯示電路分別與所述的第一標準電阻器和可調電阻器連接，所述的第一標準電阻器與所述的可調電阻器連接，所述的可調電阻器與所述的第二標準電阻器連接，待測電阻設置在第一標準電阻器與第二標準電阻器之間，所述的平衡電橋顯示電路設置在第一標準電阻器和可調電阻器之間的連接點與待測電阻和第二標準電阻器之間的連接點之間，所述的動態電壓顯示電路設置在第一標準電阻器和可調電阻器之間的連接點與待測電阻和第二標準電阻器之間的連接點之間。所述的平衡電橋顯示電路包括第一多通道撥碼開關、可選擇電阻器、第二多通道撥碼開關和微安表，所述的可選擇電阻器連接在第一多通道撥碼開關和第二多通道撥碼開關之間，所述的第一多通道撥碼開關與第一標準電阻器和可調電阻器之間的連接點連接，所述的第二多通道撥碼開關與待測電阻和第二標準電阻器之間的連接點連接，所述的動態電壓顯示電路包括數字存儲示波器，所述的微安表與數字存儲示波器并聯后的一端連接在第一標準電阻器與可調電阻器之間的連接點，所述的微安表與數字存儲示波器并聯后的另 一端連接在第二標準電阻器與待測電阻之間的連接點。第一標準電阻器和第一多通道撥碼開關之間的連接點與可調電阻器之間設置有第三選擇開關和第八選擇開關，第三選擇開關與第八選擇開關之間的連接點、微安表和數字存儲示波器之間設置有第五選擇開關，第二多通道撥碼開關和第二標準電阻器之間的連接點與待測電阻之間設置有第二選擇開關，第二多通道撥碼開關和第二標準電阻器之間的連接點、微安表和數字存儲示波器之間設置有第七選擇開關，所述的可調電阻器包括精調電阻和粗調電阻，精調電阻和粗調電阻通過第九選擇開關與萬用表連接。所述的可變電壓源一端設置有第一開關，所述的電源電壓信號顯示電路包括第一發光二極管和第七電阻。所述的第一標準電阻器包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻和第六電阻，可調電阻器還包括第九電阻、第十電阻、第i^ 一電阻和第十二電阻，可選擇電阻器包括第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻、第十六電阻、第十七電阻和第十八電阻，第ニ標準電阻器包括第十九電阻、第二十電阻、第二十一電阻、第二十二電阻、第二十三電阻和第二十四電阻，所述的第一多通道撥碼開關和第二多通道撥碼開關都為六通道撥碼開關，第二選擇開關、第三選擇開關、第七選擇開關和第八選擇開關都為六路選擇開關。ー種材料靜態阻值的測量方法，其具體步驟如下
步驟ー先在待測材料的兩側接上電極；
步驟ニ 將接上電極的待測材料接入到第二選擇開關與第一標準電阻器之間；
步驟三調節第三選擇開關，使第一標準電阻器中的第六電阻接通，調節第一多通道撥碼開關和第二多通道撥碼開關，使可選擇電阻器中的第十三電阻接通，調節第二選擇開關，使第二標準電阻器中的第二十四電阻接通，調節第八選擇開關，使可調電阻器中的粗調電阻接通，調節第五選擇開關和第七選擇開關，使微安表接通，合上第一開關，使可變電壓源輸出IOV電壓；
步驟四調節粗調電阻，使微安表指針指零；
步驟五調節第八選擇開關，使可調電阻器中的精調電阻接通，調節精調電阻，使微安表指針指零，達到電橋平衡；
步驟六調節第九選擇開關，用萬用表測量精調電阻的電阻值，根據待測材料阻值RX=第六電阻的阻值*第二十四電阻的阻值/第八電阻的阻值。
ー種材料動態阻值的測量方法，其具體步驟如下
步驟ー在霍普金森壓桿裝置中，加入待測材料試樣；
步驟ニ 將待測材料的兩側接上電極；
步驟三將接上電極的待測材料接入到第二選擇開關與第一標準電阻器之間；
步驟四調節第三選擇開關，使第一標準電阻器中的第五電阻接通，調節第一多通道撥碼開關和第二多通道撥碼開關，使可選擇電阻器中的第十四電阻接通，調節第二選擇開關，使第二標準電阻器中的第二十三電阻接通，調節第八選擇開關，使可調電阻器中的粗調電阻接通，調節第五選擇開關和第七選擇開關，使微安表接通，合上第一開關，使可變電壓源輸出100V電壓；
步驟五調節粗調電阻，使微安表指針指零； 步驟六調節第八選擇開關，使可調電阻器中的精調電阻接通，調節精調電阻，使微安表指針指零，達到電橋平衡；
步驟七調節第九選擇開關，用萬用表測量精調電阻的電阻值，根據待測材料阻值RX=第五電阻的阻值*第二十三電阻的阻值/第八電阻的阻值；
步驟八選擇第五選擇開關，接通數字存儲示波器，選擇第八選擇開關接通與精調電阻量級接近的第九電阻或第十電阻或第i^一電阻或第十二電阻；
步驟九啟動霍普金森壓桿裝置，撞擊桿撞擊入射桿，入射桿作用待測材料試樣，待測材料試樣作用透射桿，透射桿作用吸收桿，吸收桿撞擊阻尼器；
步驟十記錄數字存儲示波器上顯示的電壓變化曲線；
步驟十一通過電壓與電阻之間的轉化公式，將電壓變化曲線轉換成材料阻值變化曲線。與現有技術相比，本發明的優點是在外部環境(載荷和溫度等)劇烈變化時，實現對材料動態變化阻值的測量，同時在外部環境(載荷和溫度等)劇烈變化吋，實現對材料靜態阻值的測量。當外界環境急劇變化時，某些材料電阻量級變化很大，本發明即可以測量量級較高的阻值，也同時可以測量量級較低的阻值，實現對量級變化很大的材料進行測量。


圖I為本發明的電路結構框 圖2為本發明的電路原理 圖3為本發明動態阻值測量裝置結構圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進ー步詳細描述。一種測量材料靜態阻值和動態變化阻值的儀器，包括可變電壓源BTl和電源電壓信號顯示電路2，可變電壓源BTl與電源電壓信號顯示電路2連接，它還包括第一標準電阻器3、可調電阻器4、第二標準電阻器5、平衡電橋顯不電路6和動態電壓顯不電路7,電源電壓信號顯示電路2分別與第一標準電阻器3和可調電阻器4連接，第一標準電阻器3與可調電阻器4連接，可調電阻器4與第二標準電阻器5連接，待測電阻RX設置在第一標準電阻器3與第二標準電阻器5之間，平衡電橋顯示電路6設置在第一標準電阻器3和可調電阻器4之間的連接點與待測電阻RX和第二標準電阻器5之間的連接點之間，動態電壓顯示電路7設置在第一標準電阻器3和可調電阻器4之間的連接點與待測電阻RX和第二標準電阻器5之間的連接點之間。平衡電橋顯示電路 6包括第一多通道撥碼開關S4、可選擇電阻器RZ、第二多通道撥碼開關S6和微安表，可選擇電阻器RZ連接在第一多通道撥碼開關S4和第二多通道撥碼開關S6之間，第一多通道撥碼開關S4與第一標準電阻器3和可調電阻器4之間的連接點連接，第二多通道撥碼開關S6與待測電阻RX和第二標準電阻器5之間的連接點連接，動態電壓顯示電路7包括數字存儲示波器，微安表與數字存儲示波器并聯后的一端連接在第一標準電阻器3與可調電阻器4之間的連接點，微安表與數字存儲示波器并聯后的另一端連接在第二標準電阻器5與待測電阻RX之間的連接點。第一標準電阻器3和第一多通道撥碼開關S4之間的連接點與可調電阻器4之間設置有第三選擇開關S3和第八選擇開關S8，第三選擇開關S3與第八選擇開關S8之間的連接點、微安表和數字存儲示波器之間設置有第五選擇開關S5，第二多通道撥碼開關S6和第ニ標準電阻器5之間的連接點與待測電阻RX之間設置有第二選擇開關S2，第二多通道撥碼開關S6和第二標準電阻器5之間的連接點、微安表和數字存儲示波器之間設置有第七選擇開關S7，可調電阻器4包括精調電阻R8和粗調電阻R25，精調電阻R8和粗調電阻R25通過第九選擇開關S9與萬用表連接。通過對ニ個多通道撥碼開關的選擇，可在可選擇電阻器RZ中的選擇合適的電阻?？勺冸妷涸碆Tl —端設置有第一開關SI,電源電壓信號顯不電路2包括第一發光ニ極管Dl和第七電阻R7。第一標準電阻器3包括阻值為100歐姆的第一電阻R1、阻值為IK歐姆的第二電阻R2、阻值為IOK歐姆的第三電阻R3、阻值為100K歐姆的第四電阻R4、阻值為IM歐姆的第五電阻R5和阻值為IOM歐姆的第六電阻R6，可調電阻器4還包括阻值為I歐姆的第九電阻R9、阻值為10歐姆的第十電阻R10、阻值為100歐姆的第i^一電阻Rll和阻值為IK歐姆的第十二電阻R12，可選擇電阻器RZ包括阻值為100K歐姆的第十三電阻R13、阻值為100K歐姆的第十四電阻R14、阻值為IOK歐姆的第十五電阻R15、阻值為IK歐姆的第十六電阻R16、阻值為100歐姆的第十七電阻R17和阻值為10歐姆的第十八電阻R18，第二標準電阻器5包括阻值為100歐姆的第十九電阻R19、阻值為IK歐姆的第二十電阻R20、阻值為IOK歐姆的第二i^一電阻R21、阻值為100K歐姆的第二十二電阻R22、阻值為IM歐姆的第二十三電阻R23和阻值為IOM歐姆的第二十四電阻R24，第一多通道撥碼開關S4和第二多通道撥碼開關S6都為六通道撥碼開關，第二選擇開關S2、第三選擇開關S3、第七選擇開關S7和第八選擇開關S8都為六路選擇開關。ー種材料靜態阻值的測量方法，其具體步驟如下
步驟ー先在待測材料RX的兩側接上電極；
步驟ニ 將接上電極的待測材料RX接入到第二選擇開關S2與第一標準電阻器3之間；步驟三調節第三選擇開關S3，使第一標準電阻器3中的第六電阻R6接通，調節第一多通道撥碼開關S4和第二多通道撥碼S6開關，使可選擇電阻器RZ中的第十三電阻R13接通，調節第二選擇開關S2，使第二標準電阻器5中的第二十四電阻R24接通，調節第八選擇開關S8，使可調電阻器4中的粗調電阻R25接通，調節第五選擇開關S5和第七選擇開關S7，使微安表接通，合上第一開關SI，使可變電壓源BTl輸出IOV電壓；
步驟四調節粗調電阻R25，使微安表指針指零；
步驟五調節第八選擇開關S8，使可調電阻器4中的精調電阻R8接通，調節精調電阻R8,使微安表指針指零，達到電橋平衡；
步驟六調節第九選擇開關S9，用萬用表測量精調電阻R8的電阻值，根據待測材料RX的阻值=第六電阻R6的阻值*第二十四電阻R24的阻值/第八電阻R8的阻值。ー種材料動態阻值的測量方法，其具體步驟如下
步驟ー將待測材料RX的兩側接上電極； 步驟ニ 將接上電極的待測材料RX接入到第二選擇開關S2與第一標準電阻器3之間； 步驟三將待測材料RX試樣加入霍普金森壓桿裝置中；
步驟四調節第三選擇開關S3，使第一標準電阻器3中的第五電阻R5接通，調節第一多通道撥碼開關S4和第二多通道撥碼S6開關，使可選擇電阻器RZ中的第十四電阻R14接通，調節第二選擇開關S2，使第二標準電阻器5中的第二十三電阻R23接通，調節第八選擇開關S8，使可調電阻器4中的粗調電阻R25接通，調節第五選擇開關S5和第七選擇開關S7，使微安表接通，合上第一開關SI，使可變電壓源BTl輸出100V電壓；
步驟五調節粗調電阻R25，使微安表指針指零；
步驟六調節第八選擇開關S8，使可調電阻器4中的精調電阻R8接通，調節精調電阻R8,使微安表指針指零，達到電橋平衡；
步驟七調節第九選擇開關S9，用萬用表測量精調電阻R8的電阻值，根據待測材料RX阻值=第五電阻R5的阻值*第二十三電阻R23的阻值/第八電阻R8的阻值；
步驟八選擇第五選擇開關S5，接通數字存儲示波器，選擇第八選擇開關S8接通與精調電阻R8電阻量級接近的第九電阻R9或第十電阻RlO或第十一電阻Rll或第十二電阻R12 ;避免大電流損壞精調電阻R8 ；
步驟九啟動霍普金森壓桿裝置，撞擊桿8撞擊入射桿9,入射桿9作用待測材料RX試樣，待測材料RX試樣作用透射桿10，透射桿10作用吸收桿11，吸收桿11撞擊阻尼器12 ；步驟十記錄數字存儲示波器上顯示的電壓變化曲線；
步驟十一通過電壓與電阻之間的轉化公式，將電壓變化曲線轉換成材料阻值變化曲線。
權利要求
1.ー種材料動態阻值的測量方法，使用一種測量材料靜態阻值和動態變化阻值的儀器，包括可變電壓源和電源電壓信號顯示電路，所述的可變電壓源與所述的電源電壓信號顯示電路連接，其特征在于它還包括第一標準電阻器、可調電阻器、第二標準電阻器、平衡電橋顯示電路和動態電壓顯示電路，所述的電源電壓信號顯示電路分別與所述的第一標準電阻器和可調電阻器連接，所述的第一標準電阻器與所述的可調電阻器連接，所述的可調電阻器與所述的第二標準電阻器連接，待測電阻設置在第一標準電阻器與第二標準電阻器之間，所述的平衡電橋顯示電路設置在第一標準電阻器和可調電阻器之間的連接點與待測電阻和第二標準電阻器之間的連接點之間，所述的動態電壓顯示電路設置在第一標準電阻器和可調電阻器之間的連接點與待測電阻和第二標準電阻器之間的連接點之間； 所述的平衡電橋顯示電路包括第一多通道撥碼開關、可選擇電阻器、第二多通道撥碼開關和微安表，所述的可選擇電阻器連接在第一多通道撥碼開關和第二多通道撥碼開關之間，所述的第一多通道撥碼開關與第一標準電阻器和可調電阻器之間的連接點連接，所述的第二多通道撥碼開關與待測電阻和第二標準電阻器之間的連接點連接，所述的動態電壓顯示電路包括數字存儲示波器，所述的微安表與數字存儲示波器并聯后的一端連接在第一標準電阻器與可調電阻器之間的連接點，所述的微安表與數字存儲示波器并聯后的另一端連接在第二標準電阻器與待測電阻之間的連接點； 第一標準電阻器和第一多通道撥碼開關之間的連接點與可調電阻器之間設置有第三選擇開關和第八選擇開關，第三選擇開關與第八選擇開關之間的連接點、微安表和數字存儲示波器之間設置有第五選擇開關，第二多通道撥碼開關和第二標準電阻器之間的連接點與待測電阻之間設置有第二選擇開關，第二多通道撥碼開關和第二標準電阻器之間的連接點、微安表和數字存儲示波器之間設置有第七選擇開關，所述的可調電阻器包括精調電阻和粗調電阻，精調電阻和粗調電阻通過第九選擇開關與萬用表連接； 所述的第一標準電阻器包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻和第六電阻，可調電阻器還包括第九電阻、第十電阻、第i^ 一電阻和第十二電阻，可選擇電阻器包括第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻、第十六電阻、第十七電阻和第十八電阻，第二標準電阻器包括第十九電阻、第二十電阻、第二十一電阻、第二十二電阻、第二十三電阻和第二十四電阻，所述的第一多通道撥碼開關和第二多通道撥碼開關都為六通道撥碼開關，第ニ選擇開關、第三選擇開關、第七選擇開關和第八選擇開關都為六路選擇開關； 其特征在于具體步驟如下 步驟ー將待測材料RX的兩側接上電極； 步驟ニ 將接上電極的待測材料RX接入到第二選擇開關與第一標準電阻器之間；步驟三將待測材料RX試樣加入霍普金森壓桿裝置中； 步驟四調節第三選擇開關，使第一標準電阻器中的第五電阻接通，調節第一多通道撥碼開關和第二多通道撥碼開關，使可選擇電阻器中的第十四電阻接通，調節第二選擇開關，使第二標準電阻器中的第二十三電阻接通，調節第八選擇開關，使可調電阻器中的粗調電阻接通，調節第五選擇開關和第七選擇開關，使微安表接通，合上第一開關，使可變電壓源輸出IOOV電壓； 步驟五調節粗調電阻，使微安表指針指零； 步驟六調節第八選擇開關，使可調電阻器中的精調電阻接通，調節精調電阻，使微安表指針指零，達到電橋平衡； 步驟七調節第九選擇開關，用萬用表測量精調電阻的電阻值，根據待測材料阻值RX=第五電阻的阻值*第二十三電阻的阻值/第八電阻的阻值； 步驟八選擇第五選擇開關，接通數字存儲示波器，選擇第八選擇開關接通與精調電阻量級接近的第九電阻或第十電阻或第i^ 一電阻或第十二電阻； 步驟九啟動霍普金森壓桿裝置，撞擊桿撞擊入射桿，入射桿作用待測材料試樣，待測材料試樣作用透射桿，透射桿作用吸收桿，吸收桿撞擊阻尼器； 步驟十記錄數字存儲示波器上顯示的電壓變化曲線； 步驟十一通過電壓與電阻之間的轉化公式，將電壓變化曲線轉換成材料阻值變化曲線。
2.根據權利要求I所述的ー種材料動態阻值的測量方法，其特征在于所述的可變電壓源一端設置有第一開關，所述的電源電壓信號顯示電路包括第一發光二極管和第七電阻。
全文摘要
本發明公開了一種測量材料靜態阻值和動態變化阻值的儀器，電源電壓信號顯示電路分別與第一標準電阻器和可調電阻器連接，第一標準電阻器與可調電阻器連接，可調電阻器與第二標準電阻器連接，待測電阻設置在第一標準電阻器與第二標準電阻器之間，平衡電橋顯示電路設置在第一標準電阻器和可調電阻器之間的連接點與待測電阻和第二標準電阻器之間的連接點之間，動態電壓顯示電路設置在第一標準電阻器和可調電阻器之間的連接點與待測電阻和第二標準電阻器之間的連接點之間，其優點是在外部環境(載荷和溫度等)劇烈變化時，實現對材料動態變化阻值的測量，同時在外部環境(載荷和溫度等)劇烈變化時，實現對材料靜態阻值的測量。
文檔編號G01R27/02GK102680790SQ201210147100
公開日2012年9月19日 申請日期2010年10月25日 優先權日2010年10月25日
發明者張明華, 陳建康, 雷金濤 申請人:寧波大學