粉體、固體表面電阻率體積電阻率測(cè)試儀  測(cè)量方法和精確度

1  方法

    測(cè)量高電阻常用的方法是直接法或比較法。

    直接法是測(cè)量加在試樣上的直流電壓和流過(guò)它的電流(伏安法)而求得未知電阻。

    比較法是確定電橋線路中試樣未知電阻與電阻器已知電阻之闊的l=匕值，或是在固定電壓下比較避

        測(cè)量試樣及電極的尺寸、表面間隙的寬度g(兩電極之間距離)，精確到?1％。然而如果有必要?對(duì)

薄試樣可在有關(guān)的規(guī)范中規(guī)定不同的精確度。

    為測(cè)定體積電阻率，應(yīng)按照有關(guān)的規(guī)范測(cè)量每個(gè)試樣的平均厚度，其厚度測(cè)量點(diǎn)應(yīng)均勻地分布在出

被保護(hù)電極所覆蓋的整個(gè)面積上。

    注：對(duì)于薄試樣無(wú)論如何在加上電極前測(cè)量厚度。

    一般說(shuō)來(lái)，應(yīng)與條件處理時(shí)相同的濕度(浸在液體中的條件處理除外)和溫度下測(cè)試電阻。但有時(shí)

也可在停止條件處理后的規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。

通過(guò)這兩種電阻的電流。

    附錄A給出了描述這些原理的例子。

    伏安法需要一適當(dāng)精度的伏特表，但該方法的靈敏度和精確度主要取決于電流測(cè)量裝置的性能，該

裝置可以是一個(gè)檢流計(jì)或電子放大器或靜電計(jì)。

    電橋法只需要一靈敏的電流檢測(cè)器作為零點(diǎn)指示器，測(cè)量精確度主要取決于已知的橋臂電阻器，這

些橋臂電阻應(yīng)在寬的電阻值范圍次具有高的精密度和穩(wěn)定性。

    電流比較法的精確度取決于已知電阻器的精確度和電流測(cè)量裝置，包括與它相連的測(cè)量電阻器的

穩(wěn)定度和線性度。只要電壓是恒定的，電流的確切數(shù)值并不重要。

    對(duì)于不大于lO的11次方的電阻?？梢园凑?1．1用檢流計(jì)采用伏特計(jì)一安培計(jì)法來(lái)測(cè)定其體積電阻率。

對(duì)于較高的電阻，則維薦使用直流放大器或靜電計(jì)。

    在電橋法中，不可能直接測(cè)_量短路試樣中的電流(見(jiàn)11．1)。

    利用電流測(cè)量裝置的方法可以自動(dòng)記錄電流，以簡(jiǎn)化穩(wěn)態(tài)測(cè)試過(guò)程(見(jiàn)11．1)。

    現(xiàn)已有測(cè)量高電阻的一些專門的線路和儀器。只要它們有足夠的精確度和穩(wěn)定度，且在需要時(shí)能

使試樣完全短路并在電化前測(cè)量電阻值，均可使用。

6．2精確度

    對(duì)于低于10的十次方的電阻，測(cè)量裝置測(cè)量未知電阻的總精確度應(yīng)至少為?10％。而對(duì)于更高的電阻，應(yīng)至少為?20％。詳見(jiàn)附錄A。

6。3  保護(hù)

    組成測(cè)量線路黲絕緣材料，最好應(yīng)具有與被試材料差不多的性能。試樣的測(cè)量誤差可以由下列原

因產(chǎn)生：

    a)  外來(lái)寄生電壓的雜散電流，通常不知道它的大小，并具有漂移的特點(diǎn)；

    })、  具有未知而易變的電阻值的絕緣與試樣電阻、標(biāo)準(zhǔn)電阻器或電流測(cè)量裝置的不正常的分路。

    使線路所有部分在使用狀忑下有盡可能高的絕緣電阻來(lái)近似地修正這些影響因素。這種做法可能

導(dǎo)致測(cè)試設(shè)備很笨重，而又不足以測(cè)量高于幾百兆歐的絕緣電阻。較為滿意的修正方法是使用保護(hù)技術(shù)來(lái)實(shí)觀。保護(hù)就是在所有關(guān)鍵的絕緣部位插入保護(hù)導(dǎo)體，保護(hù)導(dǎo)體截住所有可能引起誤差的雜散電流。這些保護(hù)導(dǎo)體聯(lián)接在一起，組成保護(hù)系統(tǒng)并與測(cè)量端形成三端網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)線路聯(lián)接恰當(dāng)時(shí)，所有外來(lái)寄生電壓產(chǎn)生的雜散電流被保護(hù)系統(tǒng)分流到測(cè)量電路以外，任一測(cè)量端到保護(hù)系統(tǒng)的絕緣電阻與一電阻低得多的線路元件并聯(lián)，試樣電阻僅限于兩測(cè)量端之間。采用這個(gè)技術(shù)可大大地減小誤差概率。圖1為使

用保護(hù)電極測(cè)量體積電阻和表面電阻的基本線路。

    圖5和7，給出了電流測(cè)量法中保護(hù)系統(tǒng)的使用方法，圖中指出保護(hù)系統(tǒng)接到電源和電流測(cè)量裝置的連接點(diǎn)。蠶6表示惠斯登電橋法，其保護(hù)系統(tǒng)接到兩個(gè)較低電阻值的橋臂的連接點(diǎn)上。在所每顯況下，盈搜系統(tǒng)必須完善，包括對(duì)測(cè)試人員在測(cè)量時(shí)操作的任何控制儀器的保護(hù)。

 在保護(hù)端和被保護(hù)端之闖所存在的電解電動(dòng)勢(shì)、接觸電動(dòng)勢(shì)或熱電動(dòng)勢(shì)較小時(shí)，均能被補(bǔ)償?shù)簦惯@樣的電動(dòng)勢(shì)在測(cè)量中不會(huì)引入顯著的誤差。

    在電阻測(cè)量法中。由于電流測(cè)量裝置與被保護(hù)端和保護(hù)系統(tǒng)之間的電阻并聯(lián)可能產(chǎn)生誤差，因此，這個(gè)電阻、至少為電流測(cè)量裝置電阻的10倍，最好為100倍。在有些電橋法中，保護(hù)端和測(cè)量端具有大致相同的電位，不過(guò)電橋中藥一拿標(biāo)準(zhǔn)電阻器與不保護(hù)端和保護(hù)系統(tǒng)之間的電阻是并聯(lián)的。這個(gè)電阻應(yīng)至少為標(biāo)準(zhǔn)電阻的lO倍，最好為1 O0倍。

    為確保設(shè)備的操作令人滿意，直先斷開(kāi)電源和試樣的連線進(jìn)行一次測(cè)量。此時(shí)，設(shè)備應(yīng)在它的靈敏

度許可范國(guó)內(nèi)指示出無(wú)窮大的電阻。如果有一些已知電阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻，則可用來(lái)檢查設(shè)備運(yùn)行是否

良好。

什么是體積電阻率？

　　體積電阻率，是材料每單位體積對(duì)電流的阻抗，用來(lái)表征材料的電性質(zhì)。通常體積電阻率越高，材料用做電絕緣部件的效能就越高。通常所說(shuō)的電阻率即為體積電阻率。

　　，式中，h是試樣的厚度（即兩極之間的距離）；S是電極的面積，ρv的單位是Ω?m（歐姆?米）。

　　材料的導(dǎo)電性是由于物質(zhì)內(nèi)部存在傳遞電流的自由電荷，這些自由電荷通常稱為載流子，他們可以是電子、空穴、也可以是正負(fù)離子。在弱電場(chǎng)作用下，材料的載流子發(fā)生遷移引起導(dǎo)電。材料的導(dǎo)電性能通常用與尺寸無(wú)關(guān)的電阻率或電導(dǎo)率表示，體積電阻率是材料導(dǎo)電性的一種表示方式。

　　簡(jiǎn)言之，在絕緣材料里面的直流電場(chǎng)強(qiáng)度與穩(wěn)態(tài)電流密度之商,即單位體積內(nèi)的體積電阻.

　　什么是表面電阻率？

　　表面電阻：在試樣的某一表面上兩電極間所加電壓與經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后流過(guò)兩電極間的電流之商；訪伸展流主要為流過(guò)試樣表層的電流,也包括一部分流過(guò)試樣體積的電流成分.在兩電極間可能形成的極化忽略不計(jì).

　　表面電阻率：在絕緣材料的表面層的直流電場(chǎng)強(qiáng)度與線電流密度之商,即單位面積內(nèi)的表面電阻.

測(cè)試步驟：

1、測(cè)試溫度23?2℃，相對(duì)濕度65?5%，無(wú)外界電磁場(chǎng)干擾環(huán)境中進(jìn)行。

2、測(cè)試時(shí)對(duì)試樣所加電壓為100V~500V的直流電壓，選擇電壓檔次。

3、將試樣倒入高壓電極內(nèi)，使液面剛好和環(huán)電極下緣全部接觸為止。

4、將充分放電后的試樣和電極，按固體（液體）體積及表面電阻率測(cè)試儀要求接線。

外電極（高壓電極）接高固體（液體）體積及表面電阻率測(cè)試儀的高壓輸出端。

內(nèi)電極（測(cè)量電極）接固體（液體）體積及表面電阻率測(cè)試儀的測(cè)量端。

中電極（環(huán)電極）接固體（液體）體積及表面電阻率測(cè)試儀的接地端。

5、儀器預(yù)熱30分鐘，穩(wěn)定后調(diào)整儀器（調(diào)零），加上試驗(yàn)1分鐘，讀取電阻指示值，然后放電1分鐘，再測(cè)試一次，以二次的算術(shù)平均值作為試驗(yàn)樣品電阻指示值。

材料說(shuō)明

　　A、通常,絕緣材料用于電氣系統(tǒng)的各部件相互絕緣和對(duì)地絕緣,固體絕緣材料還起機(jī)械支撐作用.一般希望材料有盡可能高的絕緣電阻,并具有合適的機(jī)械、化學(xué)和耐熱性能.

　　B、體積電阻班組可作為選擇絕緣材料的一個(gè)參數(shù),電阻率隨溫度和濕度的京戲化而顯著變化.體積電阻率的測(cè)量常常用來(lái)檢查絕緣材料是否均勻,或都用來(lái)檢測(cè)那些能影響材料質(zhì)量而又不能作其他方法檢測(cè)到的導(dǎo)電雜質(zhì).

　　C、當(dāng)直流電壓加到與試樣接觸的兩電極間時(shí),通過(guò)試樣的電流會(huì)指數(shù)式地衰減到一個(gè)穩(wěn)定值.電流隨時(shí)間的減小可能是由于電介質(zhì)極化和可動(dòng)離子位移到電極所致.對(duì)于體積電阻小于10的10Ω.m

　　的材料,其穩(wěn)定狀態(tài)通常在1min內(nèi)達(dá)到.因此,要經(jīng)過(guò)這個(gè)電化時(shí)間后測(cè)定電阻.對(duì)于電阻率較高的材料,電流減小的過(guò)程可能會(huì)持續(xù)幾分鐘、幾小時(shí)、幾天,因此需要用較長(zhǎng)的電化時(shí)間.如果需要的話,可用體積電阻率與關(guān)系來(lái)描述材料的特性.

　　D、由于體積電阻總是要被或多或少地包括到表面電阻的測(cè)試中去,因些近似地測(cè)量表面電阻,測(cè)得的表面電阻值主要反映被測(cè)試樣表面污染的程度.所以,表面電阻率不是表面材料本身特性的參數(shù),而是一個(gè)有關(guān)材料表面污染特性的參數(shù).

　　當(dāng)表面電阻較高時(shí),它常隨時(shí)間以不規(guī)則的方式變化.測(cè)量表面電阻通常都規(guī)定11min的電化時(shí)間.

安全注意事項(xiàng)

1.使用前務(wù)必詳閱此說(shuō)明書(shū)，并遵照指示步驟，依次操作。

2.請(qǐng)勿使用非原廠提供之附件，以免發(fā)生危險(xiǎn)。

3.進(jìn)行測(cè)試時(shí)，本儀器測(cè)量端高壓輸出端上有直流高壓輸出，嚴(yán)禁人體接觸 ，以

免觸電。

4.為避免測(cè)試棒本身絕緣泄漏造成誤差，接儀器測(cè)量端輸入的測(cè)試棒應(yīng)盡可 能懸

空，不與外界物體相碰。

5. 當(dāng)被測(cè)物絕緣電阻值高，且測(cè)量出現(xiàn)指針不穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)，可將儀器測(cè)量線屏蔽端夾子接上。例如：對(duì)電纜測(cè)纜芯與纜殼的絕緣時(shí)，除將被測(cè)物兩端分別接于輸入端與高壓端，再將電纜殼，芯之間的內(nèi)層絕緣物接儀器“G”，以消 除因 表面漏 電而 引起的測(cè) 量誤 差。也 可用 加屏蔽 盒的 方法， 即將 被測(cè)物 置于 金屬屏 蔽盒 內(nèi)，接 上測(cè) 量線。

典型應(yīng)用

1.硫化橡膠體積、表面電阻率測(cè)定

2.測(cè)量防靜電鞋、導(dǎo)電鞋的電阻值

3.測(cè)量防靜電材料的電阻及電阻率

4.測(cè)量計(jì)算機(jī)房用活動(dòng)地板的系統(tǒng)電阻值

5.測(cè)量絕緣材料電阻(率)

6.光電二極管暗電流測(cè)量

7.物理,光學(xué)和材料研究

8.高分子材料表面體積電阻率測(cè)定

　報(bào)告

報(bào)告應(yīng)至少包括下述情況：

a)電阻率測(cè)試儀（電阻率測(cè)定儀）關(guān)于材料的說(shuō)明和標(biāo)志（名稱、等級(jí)、顏色、制造商等）；

b)電阻率測(cè)試儀（電阻率測(cè)定儀）試樣的形狀和尺寸；

c)電阻率測(cè)試儀（電阻率測(cè)定儀）電極和保護(hù)裝置的形式、材料和尺寸；

d)電阻率測(cè)試儀（電阻率測(cè)定儀）試樣的處理（清潔、預(yù)干燥、處理時(shí)間、濕度和溫度）等；

e)電阻率測(cè)試儀（電阻率測(cè)定儀）試驗(yàn)條件（試樣溫度、相對(duì)由度）；

f)電阻率測(cè)試儀（電阻率測(cè)定儀）測(cè)量方法；

g)電阻率測(cè)試儀（電阻率測(cè)定儀）施加電壓；

h)電阻率測(cè)試儀（電阻率測(cè)定儀）體和、電阻率（需要時(shí)）；

注1：當(dāng)規(guī)定了一個(gè)固定的電化時(shí)間時(shí)，注明此時(shí)間，給出個(gè)別值，并報(bào)告中值作為體積電阻率。

注2： 當(dāng)在不同的電化時(shí)間后測(cè)試時(shí)，應(yīng)按如下要求報(bào)告：

當(dāng)在相同的電化時(shí)間里試樣達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)肘，給出個(gè)別值，并報(bào)告中值作為體積電阻率。在這個(gè)電化時(shí)間里有某些試樣不能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則報(bào)告不能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的試樣數(shù)，并分別地給出它們的結(jié)果。當(dāng)測(cè)試結(jié)果取決于電化時(shí)間時(shí)，則報(bào)告它們之間的關(guān)系，例如．以圖的形式或給出在電化Imin、10min和100min后的體積電阻率的中值。

i)表面電阻率（需要時(shí)）：

給出電化時(shí)間為1 min的個(gè)別值，并報(bào)告其中值作為表面電阻率。

儀器測(cè)量常見(jiàn)問(wèn)題

9.1為什么在測(cè)量同一物體時(shí)用不同的電阻量程有不同的讀數(shù)？

    這是因?yàn)闇y(cè)量電阻時(shí)為防止過(guò)電壓損壞儀器，如果出現(xiàn)過(guò)量程時(shí)儀器內(nèi)保護(hù)電路開(kāi)始工作，將測(cè)試電壓降下來(lái)以保護(hù)機(jī)內(nèi)放大器。在不同的電壓下測(cè)量同一物體會(huì)有不同的結(jié)果。而且當(dāng)測(cè)量電阻時(shí)若讀數(shù)小于199，既只為三位數(shù)且di一位數(shù)為1時(shí)，其準(zhǔn)確度要下降。所以在測(cè)量電阻時(shí)當(dāng)di一次讀數(shù)從1變?yōu)槟骋蛔x數(shù)時(shí)，不應(yīng)再往更高的量程扭開(kāi)關(guān)以防對(duì)儀器造成過(guò)大的電流沖擊。在實(shí)際使用時(shí)，即讀數(shù)位數(shù)多的比讀數(shù)位數(shù)少的準(zhǔn)確度高。

9.2為什么測(cè)量一些物體的電流時(shí)用不同的量程也會(huì)出現(xiàn)測(cè)出結(jié)果相差較大？

    這是因?yàn)橐话阄矬w輸出的電流不是恒定流，而儀器有一定內(nèi)阻，若在儀器上所選量程的內(nèi)阻過(guò)大以至于在儀器上的電壓降影響被測(cè)物體的輸出電流時(shí)會(huì)造成測(cè)量誤差。一般電流越小的量程內(nèi)阻越高，所以在測(cè)量電流時(shí)應(yīng)選用電流大的量程。在實(shí)際使用時(shí)即只要電流表有讀數(shù)時(shí)，讀數(shù)位數(shù)少的小的比讀數(shù)位數(shù)多的準(zhǔn)確度高。

9.3為什么測(cè)量時(shí)儀器的讀數(shù)總是不穩(wěn)？

    一般的材料其導(dǎo)電性不是嚴(yán)格像標(biāo)準(zhǔn)電阻樣在一定的電壓下有很穩(wěn)定的電流，有很多材料特別是防靜電材料其導(dǎo)電性不符合歐姆定律，所以在測(cè)量時(shí)其讀數(shù)不穩(wěn)。

    這不是儀器的問(wèn)題，而是被測(cè)量物體的性能決定的。有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以測(cè)量1分鐘時(shí)間的讀數(shù)為準(zhǔn)。通常在測(cè)量高電阻或微電流時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確度因重復(fù)性不好，對(duì)測(cè)量讀數(shù)只要求2位或3位。另外在測(cè)量大電阻時(shí)如果屏蔽不好也會(huì)因外界的電磁信號(hào)對(duì)儀器測(cè)量結(jié)果造成讀數(shù)不穩(wěn)。

9.4為什么測(cè)量完畢時(shí)一定要將量程開(kāi)關(guān)再撥到104檔后才能關(guān)電源？

    這是因?yàn)樵跍y(cè)量時(shí)被測(cè)物體及儀器輸入端都有一定的電容，這個(gè)電容在測(cè)量時(shí)已被充電到測(cè)量電時(shí)的電壓值，如果儀器不撥到104擋后關(guān)電源這個(gè)充電后的電容器會(huì)對(duì)儀器內(nèi)的放大器放電而造成儀器損壞。當(dāng)被測(cè)量物體電容越大，測(cè)試電壓越高時(shí)，電容器所儲(chǔ)藏的電能越大，更容易損壞儀器，特別是在電阻的高量程或電流的低量程時(shí)因儀器非常靈敏，儀器過(guò)載而損壞的可能性更大。所以一定要將量程開(kāi)關(guān)再撥到104擋后才能關(guān)電源。

9.5為什么在測(cè)量電阻過(guò)程中不要改變對(duì)被測(cè)物的測(cè)試電壓？

    在測(cè)量電阻過(guò)程中如果改變對(duì)被測(cè)物的測(cè)試電壓，無(wú)論電壓變高或變低時(shí)都將會(huì)產(chǎn)生大脈沖電流，這個(gè)大的電流很有可能使儀器過(guò)量程甚至更損壞儀器。另一方面如果電壓突然變化也會(huì)通過(guò)被測(cè)量物體的（分布）電容放電或反向放電對(duì)測(cè)量?jī)x器造成沖擊而損壞儀器。有的物體的耐壓較低，當(dāng)您改變測(cè)量電壓時(shí)有右能擊穿而產(chǎn)生大電流損壞儀器。如果要改變測(cè)量電壓，在確保被測(cè)量物體不會(huì)因電壓過(guò)高擊穿時(shí)，要先將量程開(kāi)關(guān)撥到104檔后關(guān)閉電源，再?gòu)膬x器后面板調(diào)整到所要求的電壓。有的材料是非線性的，即電壓與電流是不符合歐姆定律，有改變電壓時(shí)由于電流不是線性變化，所以測(cè)量的電阻也會(huì)變化。

9.6為什么測(cè)量完畢要將電壓量程開(kāi)關(guān)再撥到10V檔后關(guān)閉電源？

    這是因?yàn)闄C(jī)內(nèi)的電容器充有很高的電壓（zui高電壓達(dá)1200V以上），這些電容器的所帶的電能保持較長(zhǎng)的時(shí)間，如果將電壓量程開(kāi)關(guān)再撥到10V檔后關(guān)閉電源，則會(huì)將機(jī)內(nèi)的高壓電容器很快放電，不會(huì)在測(cè)量的高壓端留有很危險(xiǎn)的電壓造成電擊。如果僅撥電源線而不是將電壓調(diào)至10V檔，雖然斷了電源，但機(jī)內(nèi)高壓電容器還有會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間保持很高的電壓，將會(huì)對(duì)人員或其它物體造成電擊或損壞。在儀器有問(wèn)題時(shí)也不要隨便打開(kāi)機(jī)箱因機(jī)內(nèi)高壓造成電擊，要將儀器找專業(yè)技術(shù)人員或寄回廠家修理。