円盤形状の厚さ方向の低抵抗4端子測定法

Question

厚さ1mm、半径5mmの円盤形状の厚さ方向の抵抗を4端子法で測定したいのですが接続方法に困っています。サンプルはAl製で抵抗値が非常に低いの4探針法も行っていますが、4端子法も検討しています。測定には、一般に販売されている4端子プローブ（ワニ口にに似たタイプ）を使用してますが、Forcehi-FloとSencehi-Sloをそれぞれ厚さ方向にはさんで並べて配置するべきか、表面にFhi-Floをつなげ裏にShi-Sloをうなげるべきか迷っていいます。

Accepted Answer

そこそこ確かな値を測定したいなら、適する4端子測定ジグを作りましょう。
サンプルを銅箔と銅の円柱（φ10）で挟み、全体をバイスのような機構を使って十分な圧力で密着させることが肝要と思います。
サンプルの抵抗値が低いので、相当に大きな電流を流さないと抵抗分に相当する電圧降下が精度よく測定することができません。
可能であれば、100A程度の電流容量のある電源装置を準備して電流を流し、サンプルの端面間に発生する電圧を銅箔を介して取り出して測定してください。

Answer

回答(1)～(3)再出
最初に申し上げればよかったのかもしれませんが、貴殿がお使いになることを想定しているプローブについて構造や仕様などを承知しておりません。
文章で補足して頂きましたが、構造について十分に把握できないので、適否を回答できない状況です。
＞サンプルをセンス端子（平たい端子）で挟み(銅泊のつもり)その上に
＞例えばCuやカーボンの導電テープ（銅のつもり）を貼っての上から
＞同じ平たい端子のフォース端子を当てて電流を流せば、接触抵抗の
＞低減は可能でしょうか？

アルミ円板の厚さ方向の抵抗値を測定することについて、理想を追求する方向でコメントさせて頂きましたが、電流密度を均一化するジグの準備など、結構面倒な準備が必要です。

現実的なアプローチとして、最終的なアプリケーションにおいて、アルミ円板の抵抗値が、製品の特性にどのような影響を与えるかということに基づいて抵抗値を評価した方がいいのかもしれません。もう少し具体的に言えば、アルミ円板に流れる電流密度は均一ではなく、電流集中を起こすような電流経路の構造であれば、その状態を再現できるジグを使った方が適切かもしれません。

Answer

素晴らしい測定器をお持ちとのことですので、異種材料の組み合わせによる接触電位に注意すれば、通電する電流はアンペアオーダーでもよさそうに思います。

しかし、厚さ方向の抵抗値をそれらしく測定したいならば、アルミ円板の面全体にわたって均一な電流密度で電流を流す仕掛け（ジグ）を準備する必要があります。前の回答の図に描いた、銅の固まり（円柱）がその役目を果たす部材です。

点接触で電流を流せば、電流密度は不均一・・・接触点近傍の電流密度だけが高くなります。その結果、測定される抵抗値は高い値になり、且つ安定に測定することが困難になります。

典型的な「接触抵抗」の問題ですね。
円板に流れる電流の分布を思い描くことができれば、課題をご理解いただけると思います。

Answer

アルミの材質が純アルミに近いものであれば、抵抗率は、2.5e-8Ωm程度です。半径5mm、厚さ1mmの寸法から、厚さ方向の抵抗値を計算すると、0.32μΩ程度です。100Aの電流を流しても発生する電圧は32μV。
点接触するようなジグでは、厚さ方向の抵抗を測定することは無理です。

円盤形状の厚さ方向の低抵抗4端子測定法