一种表面电阻测试探头及其测试装置及表面电阻测试方法

摘要

本发明公开了一种表面电阻测试探头及其测试装置及表面电阻测试方法，通过液态的水银作为测试探头取代四探针法测量表面电阻的机械探针，能有效的克服机械探头损伤涂层、薄膜和明显改变待测材料受力状态的缺陷，获得更准确的测量结果，并同时设计发明了对应的使用水银作为测试探头的电阻测试装置，能方便的使用水银探头测试样品表面电阻，并能方便快速的注入和收回水银，该装置设计简洁，使用方便，测试效果准确可重复，效果良好。使用本发明的水银探头测试方法及测试装置测试表面易损伤的样品能有效防止损伤样品表面和减小过大的测试压力对待测样品尤其是涂层样品的表面电阻的干扰。

权利要求

1.一种表面电阻测试探头，其特征在于：包括一个平面等厚的绝缘模块(2)，所述的绝缘模块(2)上设有四个等距直线排列、孔径形状相同的上下贯通的通孔(3)，四个所述的通孔(3)内的相同位置各设有一条与电阻测试外电路连接的金属导线(5)，四个所述的通孔(3)内均注入有等量的水银(6)形成水银柱与所述的通孔(3)内的所述的金属导线(5)和所述的通孔(3)的下方的待测样品表面连通；所述水银柱通过位于通孔(3)上方的水银储存注入装置(4)注入和回收；所述水银存储注入装置(4)由可变形头和注射管组成，水银存储注入装置上方有一压板(9)，测试前，压板(9)压下，可变形头中存储的水银注满通孔形成测试水银柱，测试完毕，压板(9)复位，可变形头产生吸力，水银柱被收回。

2.根据权利要求1所述的表面电阻测试探头，其特征在于：所述的金属导线(5)伸入到所述的通孔(3)内的部分的长度形状完全相同。

3.根据权利要求1或2所述的表面电阻测试探头，其特征在于：所述的金属导线(5)在所述的绝缘模块(2)内部打孔进入所述的通孔(3)，或从所述的通孔(3)的上方进入到所述的通孔(3)内。

4.根据权利要求1或2所述的表面电阻测试探头，其特征在于：所述的绝缘模块(2)为有机玻璃板、陶瓷板或聚苯胺板。

5.具有权利要求1所述的表面电阻测试探头的测试装置，其特征在于：包括一个四端电阻测试外电路和一个四端测试头即所述的表面电阻测试探头，所述的表面电阻测试探头包括一个平面等厚的绝缘模块(2)，所述的绝缘模块(2)上设有四个等距直线排列、孔径形状相同的上下贯通的通孔(3)，四个所述的通孔(3)内的相同位置各设有一条与所述的四端电阻测试外电路连接的金属导线(5)，通孔(3)上方设一水银储存注入装置(4)，由可变形头和注射管组成，水银存储注入装置上方有一压板(9)，测试前，压板(9)压下，可变形头中存储的水银注满通孔形成测试水银柱，与所述的通孔(3)内的所述的金属导线(5)和所述的通孔(3)的下方的待测样品表面连通，形成“四端电阻测试外电路－金属导线－水银柱－待测样品”测试通路，测试完毕，压板(9)复位，可变形头产生吸力，水银柱被收回。

6.根据权利要求5所述的表面电阻测试探头的测试装置，其特征在于：所述的四端电阻测试外电路为含两个电流端和两个电压端的电阻测试电路或集成电阻测试设备。

7.根据权利要求6所述的表面电阻测试探头的测试装置，其特征在于：所述的四端电阻测试外电路的两个电流端与四个所述的通孔(3)的最外两个所述的通孔(3)内的所述的金属导线(5)相连，两个电压端与四个所述的通孔(3)的中间两个所述的通孔(3)内的所述的金属导线(5)相连。

8.使用权利要求1所述的表面电阻测试探头的表面电阻测试方法，其特征在于：使用四个等距直线排列、形状高度相同的液态的水银柱作为测试探头接触被测样品表面并分别与电阻测试外电路的电流、电压四个端口连接，形成“电阻测试外电路－水银柱－待测样品表面”通路，通过四端测电阻原理测量待测样品电阻。

9.根据权利要求8所述的使用表面电阻测试探头的表面电阻测试方法，其特征在于：通过移动待测样品表面的绝缘模块来移动水银柱，从而获得待测样品不同区域的电阻。

说明书

一种表面电阻测试探头及其测试装置及表面电阻测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种测表面电阻测试探头，本发明还涉及使用该表面电阻测试探头的装置；还涉及使用该装置的表面电阻测试方法。

背景技术

[0002] 现有测试涂层、薄膜样品的表面电阻的方法为机械四探针法，其基本测试原理是电阻仪连接一四探针探头，探头平面上有四个等距排列、可伸缩的探针，将探头压在待测材料表面，电阻仪即可显示出材料的表面电阻，具体原理是外端的两根探针产生电流场，内端上两根探针测试电流场在这两个探点上形成的电势，因材料电阻越大，产生的电势也越大，由此测出材料的表面电阻。而对涂层、薄膜材料而言，机械四探针法有两个因素对测试结果影响较大，一是探针为硬质金属，且压下的机械压力较大，对待测涂层、薄膜类材料极易造成具有机械损伤，并具有较大的刺穿风险；二是探针在较大的机械压力下压到待测涂层、薄膜材料表面，机械压力会通过探针传递到下方接触的涂层、薄膜材料上，会使涂层、薄膜材料的内部形成受压状态，这种受压状态下涂层、薄膜材料的电阻特性往往与常态下电阻性能不同，使测得电阻偏离常态电阻。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种不会损伤涂层、薄膜表面和明显改变待测材料受力状态且测量数度高的表面电阻测试探头。

[0004] 本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种使用该表面电阻测试探头的测试装置。

[0005] 本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种使用该表面电阻测试探头的表面电阻测试方法。

[0006] 为了解决第一个技术问题，本发明提供的表面电阻测试探头，包括一个平面等厚的绝缘模块，所述的绝缘模块上设有四个等距直线排列、孔径形状相同的上下贯通的通孔，四个所述的通孔内的相同位置各设有一条与电阻测试外电路连接的金属导线，四个所述的通孔内均注入有等量的水银形成水银柱与所述的通孔内的所述的金属导线和所述的通孔的下方的待测样品表面连通。

[0007] 所述的金属导线伸入到所述的通孔内的部分的长度形状完全相同。

[0008] 所述的金属导线在所述的绝缘模块内部打孔进入所述的通孔，或从所述的通孔的上方进入到所述的通孔内。

[0009] 所述的绝缘模块为有机玻璃板、陶瓷板或聚苯胺板。

[0010] 为了解决第二个技术问题，本发明提供的具有表面电阻测试探头的测试装置，包括一个四端电阻测试外电路和一个四端测试头即所述的表面电阻测试探头，所述的表面电阻测试探头包括一个平面等厚的绝缘模块，所述的绝缘模块上设有四个等距直线排列、孔径形状相同的上下贯通的通孔，四个所述的通孔内的相同位置各设有一条与所述的四端电阻测试外电路连接的金属导线，四个所述的通孔内均注入有等量的水银形成水银柱与所述的通孔内的所述的金属导线和所述的通孔的下方的待测样品表面连通，形成“四端电阻测试外电路－金属导线－水银柱－待测样品”测试通路。

[0011] 所述的四端电阻测试外电路为含两个电流端和两个电压端的电阻测试电路或集成电阻测试设备。

[0012] 所述的四端电阻测试外电路的两个电流端与四个所述的通孔的最外两个所述的通孔内的所述的金属导线相连，两个电压端与四个所述的通孔的中间两个所述的通孔内的所述的金属导线相连。

[0013] 还包括一个在测试开始时向所述的通孔3注入所述的水银、完成后倒吸回收所述的水银的水银储存注入装置。

[0014] 为了解决第三个技术问题，本发明提供的使用表面电阻测试探头的表面电阻测试方法，使用四个等距直线排列、形状高度相同的液态的水银柱作为测试探头接触被测样品表面并分别与电阻测试外电路的电流、电压四个端口连接，形成“电阻测试外电路－水银柱－待测样品表面”通路，通过四端测电阻原理测量待测样品电阻。

[0015] 通过移动待测样品表面的绝缘模块来移动水银柱，从而获得待测样品不同区域的电阻。

[0016] 采用上述技术方案的表面电阻测试探头及其测试装置及表面电阻测试方法，在现有四探针测表面电阻技术基础上，使用四个等距直线排列、形状高度相同的液态水银柱作为测试探头取代机械探针接触被测样品表面，分别与电阻测试外电路的四个电流、电压端口连接后，形成“电阻测试外电路－水银柱－待测样品表面”通路，通过等距四探针测电阻的原理测量待测样品的表面电阻。由于水银处于液态，通过镂空模具将其定型为水银柱，具体而言是通过将水银注入一个绝缘模块的上下贯穿的通孔获得，具体而言是四个等距直线排列、形状高度一致的通孔。水银本身密度较高，且表面张力较大，因此通孔下方的水银与待测样品接触后在其表面张力维持下不会从通孔与待测样品的缝隙向外流出。水银柱探头为柔软的液态，与待测样品的接触为液/固界面，其接触效果远优于机械探针与待测样品的固/固界面，且以一定高度的水银柱作为探头，由于水银柱本身重力产生的液压，能进一步保证水银柱与待测样品的良好接触，获得更好的测试效果。这种独创的液态测试探头能完美的解决机械测试探头在测试涂层、薄膜和其他表面易损伤的样品时产生的表面伤害问题，同时通过调整水银柱高度能获得一个既能保证与待测样品接触良好又能避免过大影响待测样品内部应力状态的良好效果；同时还能通过移动待测样品表面的绝缘模块来移动水银柱，从而获得待测样品不同区域的电阻。

[0017] 水银柱与电阻测试外电路通过金属导线连接，四个金属导线与相应水银柱的连接位置、连接方式需保证相同以使“电阻测试外电路－水银柱－待测样品表面”测试电路本身的电阻可控可计算。金属导线需保证与水银柱的良好接触，优选放置在水银柱中部或下部位置，以通过水银柱液压保证金属导线与水银柱的良好接触效果，同时能减少测试电路中电阻率相对较大的水银柱的长度，降低测试电路电阻。

[0018] 水银柱与电阻测试外电路的连接具体连接方式为，四个水银柱的最外两个水银柱与电阻测试外电路的两个电流端相连，中间两个水银柱与电阻测试外电路两个电压端相连，通过电流端施加特定电流，通过电压端采集的电压信号。

[0019] 水银储存注入装置能在测试完成后倒吸回收测试所用水银，防止水银外泄造成污染。连接外电路的金属导线位于通孔内，以保证通孔注入水银后可与金属导线形成良好连接，且金属导线伸出到通孔的部分长度形状完全相同，以保证“测试电路－金属导线－水银柱－待测样品”测试电路的四个探头电路的电阻相同且可控。其中金属导线能在绝缘模块打孔进入通孔，也能从通孔上方进入。所述四端电阻测试外电路为含两个电流端和两个电压端的电阻测试电路或集成电阻测试设备。四端电阻测试外电路与通孔的连接方式为，两个电流端与四个通孔的最外两个通孔内的金属导线相连，两个电压端与所述四个通孔的中间两个通孔内的金属导线相连。

[0020] 综上所述，本发明是一种不会损伤涂层、薄膜表面和明显改变待测材料受力状态且测量数度高的表面电阻测试探头及其测试装置及表面电阻测试方法。

附图说明

[0021] 图1为本发明的未加水银时原理示意图。

[0022] 图2为本发明的加入水银后原理示意图。

[0023] 图3为本发明的一种测量表面电阻的装置中金属导线进入通孔的一种方式的示意图。

[0024] 图4为本发明的一种测量表面电阻的装置中金属导线进入通孔的另一种方式的示意图。

[0025] 图5为本发明的压板抬起、水银未注入通孔的状态的一种具体实施方式的结构示意图。

[0026] 图6为本发明的压板压下、水银注满通孔的状态的一种具体实施方式的结构示意图。

[0027] 图7为本发明的侧面剖析通孔、水银注入装置和金属导线进入方式的侧剖图。

[0028] 图8为本发明的示意金属导线进入通孔的方式(仅示意了通孔和导线，不含其他部件)的俯视图。

[0029] 图中：1-测试样品；2-绝缘模块；3-通孔；4-水银注入装置；5-金属导线；6-水银；7-金属导线引入端；8-压板；9-弹簧。

具体实施方式

[0030] 为使本发明的技术方案和优点更清楚，下面结合附图对本发明的实施例进行说明。

[0031] 参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，一种表面电阻测试探头，包括一个平面等厚的绝缘模块2，绝缘模块2上设有四个等距直线排列、孔径形状相同的上下贯通的通孔3，四个通孔3内的相同位置各设有一条与电阻测试外电路连接的金属导线5，四个通孔3内均注入有等量的水银6形成水银柱与通孔3内的金属导线5和通孔3的下方的待测样品表面连通。

[0032] 具体地，金属导线5伸入到所述的通孔3内的部分的长度形状完全相同。

[0033] 具体地，金属导线5在绝缘模块2内部打孔进入通孔3，或从通孔3的上方进入到所述的通孔3内。

[0034] 具体地，绝缘模块2为有机玻璃板、陶瓷板或聚苯胺板。

[0035] 参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，具有表面电阻测试探头的测试装置，包括一个四端电阻测试外电路和一个四端测试头即表面电阻测试探头，表面电阻测试探头包括一个平面等厚的绝缘模块2，绝缘模块2上设有四个等距直线排列、孔径形状相同的上下贯通的通孔3，四个通孔3内的相同位置各设有一条与四端电阻测试外电路连接的金属导线5，四个通孔3内均注入有等量的水银6形成水银柱与通孔3内的金属导线5和通孔3的下方的待测样品表面连通，形成“四端电阻测试外电路－金属导线－水银柱－待测样品”测试通路。

[0036] 四端电阻测试外电路为含两个电流端和两个电压端的电阻测试电路或集成电阻测试设备。

[0037] 四端电阻测试外电路的两个电流端与四个通孔3的最外两个通孔3内的金属导线5相连，两个电压端与四个通孔3的中间两个通孔3内的金属导线相连。

[0038] 还包括一个在测试开始时向通孔3注入水银、完成后倒吸回收水银的水银储存注入装置4。

[0039] 参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，使用表面电阻测试探头的表面电阻测试方法，使用四个等距直线排列、形状高度相同的液态的水银柱作为测试探头接触被测样品表面并分别与电阻测试外电路的电流、电压四个端口连接，形成“电阻测试外电路－水银柱－待测样品表面”通路，通过四端测电阻原理测量待测样品电阻。

[0040] 通过移动待测样品表面的绝缘模块来移动水银柱，从而获得待测样品不同区域的电阻。

[0041] 实施例1：将一块长5cm×宽3cm×厚1cm的有机玻璃板作为绝缘模块2放在测试样品1表面，该有机玻璃板的中间有四个Φ5mm、中心距10mm、呈直线排列的上下贯通的通孔3，将四根铜导线即金属导线5从通孔3上方放入通孔3内，深入通孔3内的铜导线长度为8mm，将此四根铜导线连接到一台电阻测试仪上，连接方式为：与四个通孔3外面两个通孔3连接的金属导线5连电阻测试仪的电流端，与四个通孔3中间两个通孔3连接的金属导线5连电阻测试仪的电压端。打开电阻测试仪，在四个通孔3内注入水银6至与水银6液面与有机玻璃上表面平齐，待电阻测试仪读数稳定后记录读数R1，测量完毕后关闭电阻测试仪，从通孔3内吸出水银6并封存，整理清洁所用器具。

[0042] 实施例2：将一块长6cm×宽4cm×厚2cm的陶瓷板作为绝缘模块2放在测试样品1表面，该陶瓷板的中间有四个Φ3mm、中心距5mm、呈直线排列的上下贯通的通孔3，将四根铜导线即金属导线5从通孔3上方放入通孔3内，深入通孔3内的铜导线长度为15mm，将此四根铜导线连接到一台电阻测试仪上，连接方式为：与四个通孔3外面两个通孔3连接的金属导线5连电阻测试仪的电流端，与四个通孔3中间两个通孔连接的金属导线5连电阻测试仪的电压端。打开电阻测试仪，在四个通孔3内注入水银6至与水银6液面与陶瓷板上表面平齐，待电阻测试仪读数稳定后记录读数R1，在待测样品1表面缓慢平移陶瓷板至另一个测试位置，停止移动后待读数稳定，记录另一读数R2，依次测量待测样品1的不同区域。测量完毕后关闭电阻测试仪，从通孔3内吸出水银6并封存，整理清洁所用器具。

[0043] 实施例3：将一块长5cm×宽2cm×厚1.5cm的聚苯胺板作为绝缘模块2放在测试样品1表面，该聚苯胺板的中间有四个边长4mm、中心距6mm、呈直线排列的上下贯通的通孔3，从聚苯胺板的背面打孔贯通通后将四根铝导线即金属导线5从通孔3侧面放入通孔3内，深入通孔3内的铝导线长度为3mm，将此四根铝导线连接到一台电阻测试仪上，连接方式为：与四个通孔3外面两个通孔3连接的金属导线5连电阻测试仪的电流端，与四个通孔3中间两个通孔3连接的金属导线5连电阻测试仪的电压端。打开电阻测试仪，在四个通孔3内注入水银6至与水银6液面与聚苯胺板上表面平齐，待电阻测试仪读数稳定后记录读数R1，在测试样品1表面缓慢平移聚苯胺板至另一个测试位置，停止移动后待读数稳定，记录另一读数R2，依次测量测试样品1的不同区域。测量完毕后关闭电阻测试仪，从通孔3内吸出水银6并封存，整理清洁所用器具。

[0044] 实施例4：一种表面电阻测试装置，含两个部分，电阻测试电路部分和测试探头部分。电阻测试电路部分含一个恒电流输出模块、一个电压信号采集模块和一个将电压和电流数据换算成电阻的换算显示模块。测试探头部分含一块长5cm×宽3cm×厚1cm的有机玻璃板作为绝缘模块2，该有机玻璃板的中间有四个Φ5mm、中心距10mm、呈直线排列的上下贯通的通孔3，有机玻璃板通过四根铜导线即金属导线5与电阻测试电路部分连接，铜导线固定在有机玻璃上表面，从通孔3上方完全并放入通孔3内，深入通孔3内的铜导线长度为8mm，此四根铜导线与电阻测试电路部分的连接方式为：与四个通孔3外面两个通孔3连接的金属导线5连电流输出两端，与四个通孔3中间两个通孔3连接的金属导线5连电压采集两端。通孔3内固定有水银注入管道(如图1-图4中所示)，水银注入管道离通孔3下表面距离为1mm。使用该装置测试测试样品1表面电阻时，将有机玻璃板放在测试样品1上方，打开电源接通电阻测试电路部分，通过水银注入管道向四个通孔3内注入水银6至与水银6液面与有机玻璃上表面平齐，待电阻测试电路的换算显示模块的读数稳定后记录读数R1，在测试样品1表面缓慢平移有机玻璃板至另一个测试位置，停止移动后待读数稳定，记录另一读数R2，依次测量测试样品1的不同区域。测量完毕后关闭电阻测试电路部分电源，通过水银注入管道从通孔3内吸出水银6并封存，整理清洁所用器具。

[0045] 实施例5：一种表面电阻测试装置，含两个部分，自动电阻测试仪和测试探头部分。自动电阻测试仪可通过两电流输出端和两个电压采集端测得电阻数据并自动显示电阻读数。测试探头部分含一块长5cm×宽2cm×厚1.5cm的聚苯胺板作为绝缘模块2，该聚苯胺板的中间有四个Φ4mm、中心距6mm、呈直线排列的上下贯通的通孔3，从聚苯胺板的背面打孔贯通通后将四根铝导线即金属导线5从通孔3侧面放入通孔3内，深入通孔3内的铝导线长度为3mm，此四根铝导线与自动电阻测试仪的连接方式为：与四个通孔3外面两个通孔3连接的金属导线5连电流输出两端端，与四个通孔3中间两个通孔3连接的金属导线5连电压采集两端。有一个由可变形圆头和注射管组成的水银注入装置4(如图5所示)，可变形圆头存储着能恰好将通孔3注满的水银6，将其从通孔3上方放入通孔3，注射管进入通孔3而可变形圆头搁在通孔3上方,注射管口与通孔3下表面持平，四个通孔3左右有两个弹簧9，弹簧9上支撑一压板8。使用该装置测试样品表面电阻时，将有聚苯胺板放在测试样品1上方，打开自动电阻测试仪电源，将压板8压下并固定(如图6)，圆头中所存水银6注满四个通孔3，自动电阻测试仪的读数稳定后记录读数R1，在测试样品1表面缓慢平移聚苯胺板至另一个测试位置，停止移动后待读数稳定，记录另一读数R2，依次测量测试样品1的不同区域。测量完毕后使压板8弹起，圆头恢复原状产生吸力将通孔3中的水银6吸回，关闭自动电阻测试仪，整理清洁所用器具。

[0046] 实施例6：一种表面电阻测试装置，含两个部分，自动电阻测试仪和测试探头部分。自动电阻测试仪可通过两电流输出端和两个电压采集端测得电阻数据并自动显示电阻读数。测试探头部分含一块长5cm×宽2cm×厚1.5cm的聚苯胺板作为绝缘模块2，该聚苯胺板的中间有四个Φ4mm、中心距6mm、呈直线排列的上下贯通的通孔3，从聚苯胺板的背面打孔贯通通后将四根铝导线即金属导线5从通孔3侧面放入通孔3内，深入通孔3内的铝导线长度为3mm，此四根铝导线与自动电阻测试仪的连接方式为：与四个通孔3外面两个通孔3连接的金属导线5连电流输出两端，与四个通孔3中间两个通孔3连接的金属导线5连电压采集两端。有一个由可变形圆头和注射管组成的水银注入装置4(如图5所示)，可变形圆头存储着能恰好将通孔3注满的水银6，将其从通孔3上方放入通孔3，注射管进入通孔3而可变形圆头搁在通孔3上方,注射管口与通孔3下表面持平，四个通孔3左右有两个弹簧9，弹簧9上支撑一压板8。使用该装置测试测试样品1表面电阻时，将有聚苯胺板放在测试样品1上方，打开自动电阻测试仪电源，将压板8压下并固定(如图6)，圆头中所存水银6注满四个通孔3，自动电阻测试仪的读数稳定后记录读数R1，放开压板8使之弹起恢复到图5状态，圆头产生吸力将通孔3中的水银6吸回，将聚苯胺板移动到在测试样品1的另一区域，压下压板8，记录另一读数R2，放开压板8吸回水银6，通过此方法依次测量测试样品1的不同区域。测量完毕后使压板8弹起吸回水银6，关闭自动电阻测试仪，整理清洁所用器具。

[0047] 使用本发明的水银探头测试方法及测试装置测试表面易损伤的样品能有效防止损伤样品表面和减小过大的测试压力对待测样品尤其是涂层样品的表面电阻的干扰。