四探针法测电阻率实验误差分析
时间: 2024-06-23 20:01:21 浏览: 14
四探针法是一种测量半导体材料电阻率的精确技术,它通过测量四个电极之间的电压和电流来确定材料的导电性能。在实验误差分析中,主要考虑以下几个方面:
1. **接触电阻**:探针与样品的接触电阻可能导致误差。如果探针接触不良或表面氧化,会引入额外的电阻,影响测量结果。
2. **温度变化**:由于四探针测试对温度敏感,环境温度波动可能会改变材料的电阻率,需要进行温度补偿或者使用恒温设备。
3. **电流均匀性**:通过样品的电流分布不均会导致测量结果偏差,特别是在微结构材料中。精确控制电流线性分布很重要。
4. **电极间距**:实验中,电极之间的距离(间距)选择不当或不一致也可能引入误差,因为电阻率与电极间距有关。
5. **位移误差**:探针在测量过程中可能因材料变形而移动,导致测量位置不准确。
6. **仪器精度**:测量设备的分辨率、零点漂移等都会影响测量结果,确保设备校准是关键。
7. **多次测量的重复性**:即使操作一致,每次测量也存在随机误差,多次测量并取平均值可以减小这些误差。
相关问题
能不能给一个基于单片机的四探针法测电阻的案例
当然可以。下面是一个基于单片机的四探针法测电阻的案例:
硬件部分:
1. 单片机:使用STM32F103C8T6单片机。
2. LCD屏幕:使用1602 LCD屏幕。
3. 电源:使用5V稳压电源。
4. 按钮:使用一个按键,用于切换测量模式。
5. 电阻:使用一个待测电阻。
6. 电源开关:用于控制电源的开关。
7. 探针:使用四个探针,两个用于电流源,两个用于电压检测。
软件部分:
1. 程序框架:使用Keil MDK5开发环境编写程序。
2. 代码实现:
```c
#include "stm32f10x.h"
#include "lcd.h"
#define ADC1_DR_Address ((u32)0x4001244C)
volatile int32_t ADC_value = 0;
volatile uint8_t mode = 0;
void ADC1_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADC_value;
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 1;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
ADC_ResetCalibration(ADC1);
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
ADC_StartCalibration(ADC1);
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
}
void GPIO_Configuration(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
void Delay(uint32_t nCount)
{
for(; nCount != 0; nCount--);
}
void mode_switch(void)
{
if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0)
{
mode++;
if(mode > 2)
{
mode = 0;
}
while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0);
}
}
int main(void)
{
uint32_t ADC_vref = 3300;
float R_Sense = 1.0;
float R1 = 1000.0;
float R2 = 1000.0;
float voltage = 0.0;
float current = 0.0;
float resistance = 0.0;
char buffer[16];
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);
LCD_Init();
LCD_Clear();
ADC1_Init();
GPIO_Configuration();
while(1)
{
mode_switch();
if(mode == 0)
{
TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
Delay(2000);
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));
voltage = ADC_value * ADC_vref / 4096.0;
resistance = voltage * R2 / (ADC_vref - voltage);
sprintf(buffer, "R=%7.2f", resistance);
LCD_ShowString(0, 0, buffer);
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, DISABLE);
Delay(1000);
}
else if(mode == 1)
{
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3);
Delay(2000);
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));
voltage = ADC_value * ADC_vref / 4096.0;
current = voltage / R_Sense;
sprintf(buffer, "I=%7.2f mA", current * 1000);
LCD_ShowString(0, 0, buffer);
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, DISABLE);
Delay(1000);
}
else if(mode == 2)
{
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
Delay(2000);
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));
voltage = ADC_value * ADC_vref / 4096.0;
current = voltage / R_Sense;
resistance = (ADC_vref - voltage) * R2 / voltage;
sprintf(buffer, "R=%7.2f", resistance);
LCD_ShowString(0, 0, buffer);
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, DISABLE);
Delay(1000);
}
}
}
```
3. 代码说明:
本程序使用STM32F103C8T6单片机实现,使用一个1602 LCD屏幕显示测量结果。
在程序中,使用一个按键用于切换测量模式。在每个模式下,通过改变探针的连接方式实现不同的测量功能。
在模式0下,使用单个探针测量待测电阻的电压,再根据串联电阻公式计算得到电阻值。
在模式1下,使用两个探针分别连接待测电阻两端,将操作放大器作为电流源,测量电阻两端的电压,根据欧姆定律计算得到电阻值。
在模式2下,使用四个探针,两个探针连接待测电阻两端作为电压检测端,另外两个探针连接操作放大器作为电流源,测量电压和电流值,根据欧姆定律计算得到电阻值。
总之,通过改变探针的连接方式和操作放大器的使用,可以实现不同的测量功能,达到四探针法测电阻的目的。
碳化硅的电阻率怎么测
碳化硅的电阻率可以通过四探针法进行测量。四探针法是一种常用的电阻率测量方法,它通过在样品上施加电流和测量电压来计算电阻率。该方法可以消除接触电阻对测量结果的影响,提供准确的电阻率值。
以下是使用四探针法测量碳化硅电阻率的步骤:
1. 准备样品:将碳化硅样品切割成适当的尺寸,并确保样品表面光滑清洁。
2. 连接四探针:将四个探针分别连接到电流源和电压测量仪上。确保探针与样品表面的接触良好。
3. 施加电流:通过电流源施加一定大小的电流到样品上。电流的大小应根据样品的特性和测量要求进行选择。
4. 测量电压:使用电压测量仪测量样品上的电压。确保测量仪的接地和探针的接触良好。
5. 计算电阻率:根据测量得到的电流和电压值,使用以下公式计算电阻率:
电阻率 = (电压 / 电流) * (探针间距 / 样品厚度)
请注意,四探针法测量电阻率时需要考虑样品的几何形状和尺寸,以及探针的间距和样品的厚度。此外,还应注意避免外部干扰和保持测量环境的稳定。
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