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電阻率測定儀-體積表面電阻率測定儀

2019-06-11

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格:
面議 元/套
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北京長陽萬興路86號
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面議
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北京北京市
有效期還剩364

產品詳情

體積表面電阻率測定儀(ATI-212)

超大彩色觸摸屏顯示 直接讀取電阻、電阻率

符合標準:

GB/T 1410-2006《 固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗方法》 AST D257-99《絕緣材料的直流電阻或電導試驗方法》

GB/T 10581-2006 《絕緣材料在高溫下電阻和電阻率的試驗方法》 GB/T 1692-2008 《硫化橡膠 絕緣電阻率的測定》

GB/T 2439-2001《硫化橡膠或熱塑性橡膠 導電性能和耗散性能電阻率的測定》

GB/T 12703.4-2010 《紡織品 靜電性能的評定 第4部分:電阻率》

GB/T 10064-2006_《測定固體絕緣材料絕緣電阻的試驗方法》

一、概述

ATI-212體積表面電阻率測定儀為我公司 121 升級產品 改進了之前儀器只能計算出電阻 需手動換算電阻率 結合了用戶反饋要求 測量簡單特別是在電阻的測量時 只需人為放入試樣無需換算結果自動求數,試樣可進行選擇及 固體、粉體、液體。三種即可自動的換算出電阻率 產品采用彩色 64 位真彩屏幕顯示 支持觸屏選定試樣。

屏幕顯示:材料 電阻 電流 電壓 電阻率 。本儀器具有精度高、顯示迅速、性好穩定、讀數方便, 適用于橡膠、塑料、薄膜、及粉體、液體、及各種絕緣材料體積和表面電阻、電阻率的測定。

二、主要特點

電阻測量范圍寬 1×104Ω ~1×1018Ω

電流測量范圍為 2×10-4A ~1×10-16

體積小、重量輕、準確度高

電阻、電流、電阻率 同時顯示 并且由彩色大屏顯示

直接顯示電阻 和電阻率 無須換算只需輸入式樣厚度即可由儀器自動算出電阻率。

所有測試電壓(10V/50V/100/250/500/1000V) 測試時電阻與電阻率結果直讀,免去老式高阻計在不同測試電壓下或不同量程時要乘以系數等使用不便的麻煩,并且支持試驗結果的存儲調取打印。既能測超高電阻又能測微電流還可以直接測得電阻率。

三、技術指標

1、電阻測量范圍: 0.01×104Ω ~1×1018Ω 。

2、電流測量范圍為: 2×10-4A~1×10-16A

3、顯 示 方 式:數字彩屏觸摸顯示

4、內置測試電壓: 10V 、50V、100V、250、500、1000V

5、基本準確度:1% (*注)

6、使用環境: 溫度:0℃~40℃,相對濕度<80%

7、機內測試電壓: 10V/50V/100/250/500/1000V 任意切換

8、供電形式: AC 220V,50HZ,功耗約 5W

9、顯示類別:電阻、電阻率、電流。

10、輸入方式:真彩 64 位手寫觸摸。

11、顯示結果:電阻、電阻率、電流。

四、顯示方式

超大觸摸彩屏顯示 可直接讀取電阻和電阻率。 內置軟件測試系統 測試式樣可選擇 儀器自動分配計算

顯示指標 :電壓、電流、電阻、電阻率及式樣

標準配置:

1、測試儀器:1 臺

2、.電源線:1 條

3、測量線:3 根(屏蔽線、測試接線、接地線)

4、使用說明書:1 份

備注:

此款儀器為我公司0新研發產品 支持大屏幕輸入 即可使用戶直接得出電阻率也可以直接得出電阻 配不同的測量電極(夾具)可以測量不同材料(固體、粉體或液體)的體積電阻率和表面電阻率或電導率。

 

 

絕緣材料直流電阻或電導的標準試驗方法1


1. 范圍
1.1 本試驗方法包含直流絕緣電阻,體積電阻和表面電阻的測量所用直流程序。通過該測量及樣本和電極的幾何尺寸,可以計算出電絕緣材料的體積電阻和表面電阻,同時還可以計算出相應的電導和電導率。

1.2 這些試驗方法不適用于測量中等導電材料的電阻/電導。這些材料評估可采用試驗方法D4496。

1.3 本標準描述了幾種可選擇的測量電阻(或電導)的普通備用方法。特殊材料科采用合適的標準ASTM試驗方法進行測試,這些特殊材料具有電壓應力范圍和有限起電時間,同時規定了樣本結構和電極幾何形狀。這些個別特殊試驗方法將能更好得定義測量值的精度和偏差。

1.4 本標準并沒有完全列舉所有的安全聲明,如果有必要,根據實際使用情況進行斟酌。使用本規范前,使用者有責任制定符合安全和健康要求的條例和規范,并明確該規范的使用范圍。

 

2. 引用文件
2.1 ASTM標準:2
    D150  固體電絕緣材料的(恒定電介質)的交流損耗特性和介電常數的測試方法

D374  固體電絕緣材料厚度的標準試驗方法(2013年撤消)3

D1169  電絕緣液電阻率(電阻系數)試驗方法

D1711  電絕緣相關術語

D4496  中等導電材料直流電阻或電導的標準試驗方法

D5032  用飽和甘油溶液方式維持恒定相對濕度的規程

D6054  測試用電工絕緣材料的調節規程(2012年撤消)3

E104   用水溶液保持恒定相對濕度的規程

 

3. 術語

3.1 定義:

3.1.1 以下定義直接來自術語標準D1711,適用于本標準正文所用術語。

3.1.2 絕緣電導,名詞——當直流電壓施加到兩個電極上,兩個電極(在樣本上或樣本內)之間的總體積和表面電流的比值。

3.1.2.1 討論——絕緣電導是絕緣電阻的倒數。

3.1.3 表面電導,名詞——當直流電壓施加到兩個電極上,兩個電極(在樣本上表面)之間的電流的比值。

3.1.3.1 討論——(實際測量不可避免地要包含某些體積電導)表面電導是表面電阻的倒數。

3.1.4 體積電導,名詞——當直流電壓施加到兩個電極上,兩個電極(在樣本上或樣本內)之間的某個樣本體積的電流的比值。

3.1.4.1 討論——體積電導是體積電阻的倒數。

3.1.5 表面電導,名詞——表面電導率乘以樣本表面尺寸(電極之間的距離除以電極寬度定義為電流通路)的比值,該比值可變換為獲得的測量電導,如果在正方形的反面形成電極的話。

3.1.5.1 討論——表面電導用西門子表示。通常用西門子/平方(平方值大小是不重要的)來表示。表面電導是表面電阻的倒數。

3.1.6 體積電導,名詞——體積電導乘以樣本體積尺寸的比值(即電極之間距離除以電極的橫截面面積),該值可通過獲得電導轉化為測量電導,如果在單位立方體的反面形成電極的話。

3.1.6.1 討論——體積電導通常用西門子/厘米或西門子/米來表示,也是體積電阻的倒數。

3.1.7 中等導電的,形容詞——描述了固體材料的體積電阻在1到10000000Ω-cm之間。

3.1.8 絕緣電阻(Ri),名詞——施加到兩個電極(樣本上或樣本內)總體積的直流電壓與電極間表面電流的比值。

3.1.8.1 討論——絕緣電阻是絕緣電導的倒數。

3.1.9 表面電阻(RS),名詞——施加到兩個電極(樣本表面)的直流電壓與電極間電流的比值。

3.1.9.1 討論——(在實際測量時不可避免地包含某些體積電阻)表面電阻是表面電導的倒數。

3.1.10 體積電阻(RV),名詞——施加到兩個電極(樣本上或里面)的直流電壓與電極間樣本體積上的電流的比值。

3.1.10.1 討論——體積電阻是體積電導的倒數。

3.1.11 表面電阻,(ρs),名詞——表面電阻率乘以樣本表面尺寸的比值(電極寬度定義為電流通路除以電極間的距離),該值能轉化為獲得的測量電阻,如果在正方形反面形成電極的話。

3.1.11.1 討論——表面電阻用歐姆表示。通常也可用歐姆/平方來表示(平方值大小是不重要的)。表面電阻是表面電導的倒數。

3.1.12 體積電阻,(ρv),名詞——體積電阻率乘以樣本體積尺寸的比值(電極間樣本的橫截面面積除以電極間的距離),該值能轉化為獲得電阻的測量電阻,如果在單位立方體的反面形成電極的話。

3.1.12.1 討論——體積電阻通常用歐姆-厘米(shouxuan)或歐姆-米來表示。體積電阻是體積電導的倒數。

 

4. 試驗方法的摘要

4.1 材料樣本或電容器的電阻或電導通過在規定條件下測量電流或電壓下降而得出。通過使用合適的電極體系,可分別測量表面和體積電阻或電導。當要求的樣本和電極尺寸已知時,此時可以計算出電阻或電導。

 

5. 重要性和用途

5.1 絕緣材料用于電子系統彼此和與地面之間隔離,該材料能提供零部件的機械支撐。由于此用途,通常要求具有盡可能gao的絕緣電阻,以與可接受的機械、化學和耐熱性能一致。因為絕緣電阻或電導組合了體積和表面電阻或電導,當實際使用時,要求試驗樣本和電極具有相同的形式,此時的測量值是非常有用的。表面電阻或電導隨著濕度發生快速變化,然而體積電阻或電導則稍微變化,盡管總的變化在一些變化可能更大。

5.2 電阻或電導可用于間接預測某些材料的低頻率電介質擊穿和損耗因數性能。電阻或電導通常作為濕度含量,固化程度,機械連續性或不同類型老化的間接測量方式。這些間接測量的效用取決于通過理論或經驗研究確立的相關度。表面電阻的降低可導致因為電場強度降低而發生電介質擊穿電壓的增加,或者由于應力面積的增加而發生電介質擊穿電壓的降低。

5.3 所有的電介質電阻或電導都取決于電化時間長短和施加的電壓值(除了普通的環境變量之外)。這些因素必須已知,同時報告,以使得電阻或電導測量值有意義。在電絕緣材料工業中,形容詞“表觀”通常適用于在任意選擇電化時間條件下獲得的電阻值。見X1.4。

5.4 體積電阻或電導可通過在特定應用場合設計某個絕緣體使用的電阻和尺寸數據計算得出。研究已經表明電阻或電導隨著溫度和濕度的變化而變化(1,2,3,4)4,同時在設計工作條件時,必須已知這種變化。體積電阻或電導測量值通常用于檢查絕緣材料的均勻性,或者對于加工,可探測影響材料質量的導電雜質,而這不容易通過其它方法觀察到。

5.5 體積電阻超過1021Ω·cm(1019Ω·cm)時,樣本在普通實驗室條件測試獲得的數值計算得出體積電阻,如果結果確實可疑,則應考慮通常使用的測量設備的局限性。

5.6 表面電阻或電導不能精確測量,只能近似測量,因為體積電阻或電導總是受到測量方法的影響。測量值還受到表面污染的影響。表面污染及其積聚速度受到許多因素的影響,包括靜電充電和界面張力。這些因素反過來可以影響表面電阻。當包括污染,但是在通常常識下判斷不是電絕緣材料的材料性能時,此時表面電阻或電導可視為與材料性能相關。

 

6. 電極系統

6.1 絕緣材料的電極將允許親密接觸樣本表面,同時不會由于電極電阻或樣本的污染(5)而引入相當可觀的誤差。電極材料應在試驗條件下能耐腐蝕。當對制造樣本進行測試時,例如連接襯套,線纜等等,采用的電極作為樣本或其裝配組件的一部分。在這類場合,絕緣電阻或電導的測量值此時包括電極或安裝材料的污染影響,同時在實際使用時通常與樣本性能有關。

 

 

 

 

3括號里的粗體數字參閱這些試驗方法附屬的參考文獻清單。

 

 

1  接線柱電極(用于扁平固體樣本)

6.1.1 接線柱和錐形銷電極,圖1和圖2,提供了一種施加電壓到剛性絕緣材料的方法,以允許評估材料的電阻或電導性能。這些電極嘗試模擬實際使用條件,例如儀器面板和接線板上的接線柱。當層壓絕緣材料具有gao樹脂含量表面時,錐形銷電極與接線柱電極相比,由于其能更加親密接觸絕緣材料實體上,可以獲得稍微較低點的絕緣電阻值。獲得的電阻或電導值gao度受到每個銷子與電介質材料的獨立接觸,銷子的表面粗糙度和電介質材料中孔的光潔度的影響。不同樣本很難獲得再現性的試驗結果。

 

 

 

 

 

A. 厚板樣本

 

B. 管狀樣本

 

C. 條狀樣本

使用普拉特&惠特尼0.3錐形銷

2  錐形銷電極

6.1.2 圖3試驗裝置的金屬棒主要設計用于評估撓性帶狀薄固體樣本的絕緣電阻或電導,可作為電學質量控制的一種簡單簡易的方式。當絕緣材料的寬度比其厚度大很多時,該裝置在能更滿意獲得表面電阻或電導的近似值。

6.1.3 銀色漆,圖4,圖5和圖6,在商業用途通常具有到gao電導性能,銀色漆有空氣干燥或低溫烘烤型兩個品種,其具有足夠的孔隙,以允許濕氣在銀色漆之間擴散,因此在施加電極之后,允許對試驗樣本進行狀態調節。在研究耐濕度影響和溫度變化的影響時,這是一個特別有用的特征,然而,在將電導漆作為電極材料之前,應確保漆中的溶劑不會侵蝕材料,以改變材料的電性能。用細毛刷可獲得相當光滑的保護電極邊緣。然而,對于圓盤狀電極,當使用刻度圓規和銀色漆繪制電極的輪廓圓,同時用刷子充滿封閉區域時,可以獲得更加尖銳的邊緣。

6.1.4 可以使用圖4,圖5和圖6所示的噴涂金屬,如果試驗樣本可以獲得滿意的附著力性能。薄噴涂電極在漆膜盡可能快的涂覆方面具有特殊優點。

6.1.5 在6.1.4給定的相同條件下,可以使用蒸鍍金屬。

6.1.6 圖4所示的金屬箔可以作為電極作用到樣本表面上。電介質電阻或電導研究所用金屬箔的厚度范圍為6~80μm。鉛或錫箔是zui常用的箔,這些物質通過zui小數量的凡士林、硅潤脂,油或其它合適材料作為粘合劑使得箔附著在試驗樣本上。這類電極應施加足夠的平穩壓力以排除所有皺褶,同時清除箔邊緣周圍過量的粘合劑,此處可以通過清洗手巾紙來擦拭過量的粘合劑。一種非常有效的方法是使用一臺硬的窄滾壓機(寬度為10-15mm),同時向外滾壓表面,直到箔上沒有可見的壓印痕跡。只有樣本具有非常平的表面,本技術才可以滿足使用需求。粘合劑薄膜應小心地降低到2.5μm。由于該薄膜與樣本相關連,它將總是導致測量電阻值太gao。對于厚度<250μm的較低電阻樣本,該誤差可能變得極大。同時,硬滾壓機可用力將尖銳粒子壓入或穿過薄膜(50μm)。箔電極沒有氣孔,在電極作用之后將不允許對試驗樣本進行狀態調節。粘合劑可在gao溫下喪失其有效性,迫使有必要在壓力下使用扁平金屬支撐板。在合適切割設備幫助下,可能從某個電極切割成合適寬度的條帶,以形成被保護電極和保護電極。該三接線柱樣本通常不能用于表面電阻或電導測量,因為油脂殘留在間隙表面。

6.1.7 如圖4所示,水中或其它合適裝置中分散的膠體石墨可用于刷洗無孔薄板絕緣材料,以形成空氣干燥電極。只有滿足以下所有的條件,才推薦使用該電極材料:

6.1.7.1 待測試的材料必須接受一層石墨涂層,該涂層在測試之前將不會發生脫落。

6.1.7.2 正在測試的材料必須不能輕易吸收水。

6.1.7.3 狀態調節必須在干燥氣氛(規程D 6054,步驟B)中進行,同時應在相同氣氛中進行測量。

6.1.8 液態金屬電極能給出滿意的結果,同時可作為一種備用方法來使得與樣達到必要的接觸,以有效地進行電阻測量。上端電極形成的液態金屬應受到不銹鋼環形件的限制,每個環形件應通過在遠離液態金屬的側上磨斜邊的方式來讓其較低的邊緣縮減至形成一個銳邊緣。圖7和圖8顯示了兩種可能的電極布置方式。

6.1.9 圖4的金屬平板(被保護的)可在室溫和gao溫下用于測試撓性和壓縮材料。對條帶來說,該金屬平板應為圓形或矩形。

6.1.9.1 在某些電池設計中采用觀察到金屬平板電極體系變化來測量油脂或填充化合物。該電池預先裝配,然后待測試材料添加到固定電極之間的電池中或電極以預定電極間距強制壓入材料中。由于這些電池中電極形狀的原因,使得難于測量有效電極區域和電極之間的距離。每個電池常數K(等于表1的A/t因子)可通過下式獲得:

                                     (1)

式中:

K單位為厘米;

C單位為皮法拉,指的是以空氣為電介質的電極體系電容。C的測量方法見試驗方法D150。

6.1.10如圖4所示,導電橡膠已經用作為電極材料。導電橡膠材料必須采用合適的板子作為襯里,同時必須足夠軟,以使得當施加適當壓力時,可與樣本獲得有效接觸。

6.1.11 在測試導線和線纜的絕緣性時,水可用作為一個電極。樣本兩端必須遠離水,同時其長度應使得可以忽略沿著絕緣材料的泄漏。當有必要在樣本每一端使用保護時,參考特定的導線和線纜試驗方法。當用于標準化時,要求在水中添加氯化鈉以使得氯化鈉濃度為1.0~1.1%NaCl,以確保獲得適當的電導。在溫度達到大約100℃進行測量證明是可行的。

 

3  條帶和扁平固體樣本的帶狀電極

 

4  體積和表面電阻或電導測量用扁平樣本

 

 

5  體積和表面電阻或電導測量用管狀樣本

 

 

 

 

 

 

 

 

A-厚板樣本

 

B—管子或條料樣本

6  涂導電漆膜電極

 

7  扁平固體樣本用液體金屬電極

 

8  薄片狀材料用液體金屬電池

 

7. 裝置和試驗方法的選擇

7.1 電源——要求采用穩定的直流電壓電源(見X1.7.3)。蓄電池或其它穩定直流電壓電源已經證明適用于該用途。

7.2 保護回路——不管是采用兩個電極(沒有保護)測量絕緣材料的電阻,或者是采用三個終端系統(兩個電極加上保護)測量絕緣材料的電阻,都要考慮怎樣在試驗設備和試驗樣本之間進行電連接。如果試驗樣本遠離試驗設備一段距離,或者試驗樣本在濕熱條件下進行測試,或者樣本電阻預期相對比較gao(1010~1015ohms),則試驗設備和試驗樣本之間可能容易存在虛假的電阻通路。有必要采用保護回路來使得這些虛假通路的干涉降至zui低(也可見X1.9)。

7.2.1 帶保護電極——使用同軸電纜,其芯部通向保護電極,屏蔽端通向保護電極,以使得試驗設備和試驗樣本之間獲得適當的保護連接。

7.2.2 沒有保護電極——使用同軸電纜,芯部通向某一電極,屏蔽端端接到從芯部末端大約1cm處(也可見圖10)。

7.3 直接測量——采用任何設備(設備具有±10%的靈敏度和精度)測量在固定電壓下通過樣本的電流。適用的電流測量設備包括靜電計,帶指示器的直流放大器,和電流計。典型方法和回路見附錄X3規定。當校準測量設備刻度盤來直接讀取歐姆電阻值時,則不要求計算電阻測量值。

7.4 比較法——惠斯登電橋回路可采用標準電阻器電阻來比較樣本電阻(見附錄X3)。

7.5 精度和偏差考慮:

7.5.1 概述——作為設備選擇的指導,表2總結了相關的考慮因素,但是不暗示列舉的示例是weiyi適用的。該擬用于采用現代設備顯示明顯可能的范圍。在任何場合,只有小心選擇設備組合,才可以獲得或者超過這些范圍。然而,必須強調考慮的誤差只是測量儀器的誤差。如附錄X1討論的誤差是一個完全不同問題。在后面的連接中,表2的zui后一列列舉了采用不同方法由保護電極和保護體系之間的絕緣電阻分流的電阻。通常來說,該電阻值越低,由于過度分流導致的誤差可能性就越小。

注2:不管采用何種測量方法,只有認真評估所有誤差源,才可獲得zuigao的精度。有可能確立這些零部件的任何測量方法,或者獲得完整試驗裝置的測量方法。通常來說,采用gao靈敏度電流計的方法要求比采用指示器或記錄器的方法獲得更加永久得安裝。采用指示器(例如電壓表,電流計,直流放大器和靜電計)的方法要求手動調節zui小,同時容易讀數,但是要求操作者在特定時間內進行讀數。惠斯登電橋(圖X1.4)和電位計方法(圖X1.2(b))要求操作者專心保持平衡,但是允許在空閑時設定在特定時間時讀數。

 

9  體積和表面電阻測量用保護電極連接(體積電阻銜接圖示)

 

10  體積和表面電阻測量用未保護電極連接(體積電阻銜接圖示)

7.5.2 直接測量:

7.5.2.1 電流計-電壓表——采用電流計-電壓表方法測量電阻的zui大百分比誤差是電流計指示性,電流計可讀性和電壓表指示性的百分比誤差總和。一個示例是:當500V施加到40GΩ電阻時(電導為25pS),靈敏度為500/pA刻度的電流計將偏離25個刻度。如果偏離可讀取到接近0.5個刻度時,同時校準誤差(包括埃爾頓頓分流誤差)為觀測值的±2%,zui終的電流計誤差將不超過±4%。如果電壓表誤差為±2%的滿刻度,當電壓表讀取滿刻度時,可采用±6%zui大誤差來測量該電阻值;同時當讀取1/3的滿刻度時,可采用±10%zui大誤差來測量該電阻值。要求讀取接近滿刻度是容易顯而易見的。

7.5.2.2 電壓表-電流表——計算值的zui大百分比誤差是指電壓Vx,Vs和電阻Rs的百分比誤差的總和。與特定方法相比,Vs和Rs的誤差通常更取決于采用設備的特征。確定Vs誤差的zui關鍵因素是指示器誤差,放大器零漂移和放大器增益穩定性。采用新式精心設計放大器或靜電計,增益穩定性通常不是關注的問題。采用現有的技術,直流電壓放大器或靜電計的零漂移不能夠排除,但是可以將之足夠低而成為這些測量的相對不關鍵因素。只要精心設計換流器型放大器,零漂移實際上不存在。因此,假如電位計電壓精確已知的話,圖X1.2(b)的零位法理論上比采用指示器的方法誤差更小。Rs的誤差取決于放大器靈敏度。當在給定電流下測量時,放大器靈敏度越gao,較低值可能性越大,此時可使用gao精密線纏繞標準電阻器。放大器可以獲得。已知精確到±2%的100GΩ標準電阻是可以適用的。當施加500V時,如果放大器或靜電計的10mV輸入能提供滿刻度偏移,誤差不大于2%的滿刻度,則可采用6%的zui大誤差(當電壓計讀取滿刻度時)或10%的zui大誤差(當電壓計讀取1/3刻度時)來測定5000TΩ的電阻。

7.5.2.3 比較-電流計——計算電阻或電導的zui大百分比誤差是指Rs,電流計偏移或放大器讀數的百分比誤差總和,同時假設電流靈敏度與偏移無關。對于新式電流計(直流電流放大器可能發生1/3刻度偏移),后者的假設精度到±2%有用范圍之內(在1/10滿刻度偏移之上)。Rs的誤差取決于采用的電阻器類型,但是1MΩ電阻的誤差極限低至0.1%是適用的。對于滿刻度偏移,采用靈敏度為10nA的電流計或直流電流放大器,500V施加到5TΩ電阻上將能產生1%的偏移。在該電壓處,采用先前標記的標準電阻器,Fs=105,ds將大約為1/2的滿刻度偏移,可讀性誤差不大于±1%。如果dx大約為1/4滿刻度偏移,可讀性誤差將不超過±4%,同時可以在±5-1/2%zui大誤差下測量200GΩ電阻。

7.5.2.4 電壓變化速率——測量精度直接與施加電壓和電流計讀數變化的時間率測量精度成比例。靜電計開關打開的時間長短和采用的刻度應使得可以精確測量時間,同時可獲得滿刻度讀數。在這些條件下,精度將與其它測量電流方法的精度相當。

7.5.2.5 比較電橋——當探測器具有適當的靈敏度,電腦電阻的zui大百分比誤差是指臂A,B和N的百分比誤差總和。當采用1 mV/分刻度的探測器靈敏度時,500V電壓施加到電橋上,RN=1GΩ,電阻為1000TΩ將能產生一個分刻度的探測器偏移。假設忽略RA和RB的誤差,已知RN=1GΩ在±2%之內,同時電橋平衡在一個探測器分刻度,可采用±6%的zui大誤差來測量100TΩ的電阻。

7.6 幾個制造商可提供必要的滿足本方法要求的零件或專用系統。

 

8. 抽樣

8.1 抽樣說明參考相應材料規范。

 

9. 試驗樣本

9.1 絕緣電阻或電導測定:

9.1.1 當樣本具有實際用途要求的形狀,電極和安裝方式時,測量值為zui大值。襯套,電纜和電容器為典型示例,在這些示例中,試驗電極作為樣本的一部分,同時采用標準的安裝方式。

9.1.2 對于固體材料,樣本zui常用形狀為扁平厚板,條帶,條料和管材。圖2的電極布置可應用于扁平厚板,條料或內徑大約為20mm或更大的剛性管子。圖3的電極布置可應用于板材帶材或撓性條帶。對于剛性帶材樣本,金屬支撐可以不作要求。圖6的電極布置可應用于扁平厚板,條料或管材。

9.2 體積電阻或電導測定:

9.2.1 試驗樣本形狀應允許使用第三個電極,當必要時,以避免來自表面效應的誤差。試驗樣本可為扁平厚板,條帶或管子形狀。圖4,圖7和圖8顯示了厚板或薄板樣本的電極應用和布置。圖5中三個電極作用到管子樣本的徑向橫截面,在圖中,0.1電極為被保護電極;0.2電極為保護電極,在0.1電極每一端包含一個環圈,兩個環圈電子連接;0.3電極為非保護電極(7,8)。對于忽略表面泄漏的材料,只檢查體積電阻,可忽略使用保護環圈。圖4適用于3mm厚樣本尺寸如下:D3=100mm,D2=88mm和D1=76mm,或者作為一種選擇,D3=50mm,D2=38mm和D1=25mm。對于某一給定靈敏度,較大樣本允許在較gao電阻材料上進行更加精確測量。

9.2.2 依據待測試材料,按試驗方法D374的某種方法測量樣本的平均厚度。實際測量點應均勻分布在測量電極包括的區域內。

9.2.3 當要求測定體積電阻或電導時,被保護電極(0.1)應允許計算被保護電極的有效面積。圓形電極的直徑,正方形電極邊長或者矩形電極的zui短邊長應至少為4倍的規定厚度。間隙寬度應足夠大,以使得0.1電極和0.2電極之間的表面泄漏不會導致測量誤差(這對gao輸入阻抗設備尤其重要,例如靜電計)。如果按照9.3.3的建議間距等于兩倍的樣本厚度,以使得樣本可以用于測定表面電阻或電導,此時可足夠精確測定0.1電極的有效面積。如果需要更精確測定0.1電極的有效面積,可從附錄X2獲得間距寬度修正值。0.3電極應在所有點可延伸到0.2電極內側邊緣至少兩倍的樣本厚度。

9.2.4 對于管狀樣本,0.1電極應包圍樣本外側,同時電極軸向長度應至少為4倍的樣本壁厚。間距寬度相關考慮與9.2.3所述相同。0.2電極包含管子每一端的包圍電極,兩個零件通過外部方式進行電子連接。每一個零件的軸向長度應至少為2倍樣本的壁厚。0.3電極必須包括樣本的內表面,軸向長度延伸到外側間隙邊緣,延伸距離至少為兩倍的壁厚。管狀樣本(圖5)可采用絕緣導線或電纜形狀。如果電極長度大于100倍的絕緣材料厚度,被保護電極端部效應可以忽略,同時保護電極的精細間距不作要求。因此,當水作為0.1電極,0.1和0.2電極之間的間距可為幾厘米,以允許這些電極之間的表面電阻足夠。在這種場合,不對間距寬度進行修正。

9.3 表面電阻或電導測定:

9.3.1 試驗樣本可為與特定目的一致的任何可行形狀,例如扁平厚板,條帶或管子。

9.3.2 圖2和圖3的布置設計用于已知體積電阻比表面(2)電阻相對gao的場合。然而,對于剛性帶狀樣本,這些模壓和機加工表面組合使得獲得的結果通常無效。當樣本寬度大于厚度時,圖3的布置更能滿足要求,因此切邊效應趨向于變得相對小。因此,本布置更適合用于測定薄樣本,例如條帶。在沒有考慮先前注明的限制因素時,表面電阻或電導測試時必須從不使用圖2和圖3的布置。

9.3.3 圖4,圖6和圖7的三個電極布置可以用于材料比較用途。0.1和0.2電極之間的表面間距的電阻或電導應直接采用0.1電極作為被保護電極,0.3電極作為保護電極,0.2電極作為非保護電極(7,8)來進行直接測定。如此測定的電阻或電導實際上為0.1和0.2電極之間的表面電阻或電導,同時與相同兩個電極之間的某些體積電阻或電導相關聯。在本布置中,表面間距寬度g應大約為兩倍的樣本厚度t,除了薄樣本之外,其中g可遠大于兩倍的材料厚度。

9.3.4 對于具有低體積電阻的非常薄樣本,此時被保護電極和保護系統之間產生的低電阻可以導致過度的誤差,此時要求采用特殊技術和電極尺寸。

9.4 液體絕緣電阻——液體絕緣材料抽樣,采用的試驗電池和電池清洗方法應滿足試驗方法D 1169的規定。

 

10. 樣本安裝

10.1 測量時安裝樣本時,電極之間或者測量電極和地面之間沒有導電通路是非常重要的(9)。避免用裸手處理絕緣表面,而是應該穿戴醋酸人造纖維手套。對于體積電阻或電導的仲裁實驗,在調節之前采用合適溶劑清洗表面。當要測量表面電阻時,可互相協定是否應清洗表面。如果要求清洗,記錄任何表面清洗的詳細信息。

 

11. 調節

11.1 按規程D 6054調節樣本。

11.2 規程E 104或D 5032所述的循環空氣環境試驗箱或方法對控制相對濕度非常有用。

 

12. 步驟

12.1 絕緣電阻或電導——在試驗箱中正確安裝樣本。如果試驗箱和調節試驗箱相同(推薦步驟),應在調節開始之前安裝樣本。采用具有要求靈敏度和精度的設備進行測量(見附錄X3)。除非另有規定,采用60s的電化時間,500±5V的作用電壓。

12.2 體積電阻或電導——測量和記錄電極尺寸,保護間距寬度g。計算電極的有效面積。采用具有要求靈敏度和精度的設備進行電阻測量。除非另有規定,采用60s的電化時間,500±5V的作用直流電壓。

12.3 表面電阻或電導:

12.3.1 測量電極尺寸,電極之間距離g。采用具有要求靈敏度和精度的設備測量0.1和2電極之間的表面電阻或電導。除非另有規定,采用60s的電化時間,500±5V的作用直流電壓。

12.3.2 當使用圖3的電極布置,P視為樣本橫截面的周長。對于薄樣本,例如條帶,周長能有效降低至兩倍的樣本寬度。

12.3.3 當使用圖6的電極布置,同時如果與表面電阻(例如濕氣污染絕緣優秀材料表面)相比,已知體積電阻非常gao時,P視為兩倍的電極長度或者兩倍的圓柱體周長。

 

13. 計算

13.1 采用表1等式計算體積電阻和體積電導

13.2 采用表1等式計算表面電阻和表面電導

 

14. 報告

14.1 報告所有以下信息:

14.1.1 材料描述和標識(名稱,等級,顏色,制造商等等)。

14.1.2 試驗樣本的形狀和尺寸。

14.1.3 電極的類型和尺寸。

14.1.4 樣本調節(清洗,預干燥,在濕度和溫度下的調節時間等等)。

14.1.5 試驗條件(測量時的試樣溫度,相對濕度等)。

14.1.6 測量方法(見附錄X3)。

14.1.7 作用電壓。

14.1.8 測量的電化時間。

14.1.9 相應電阻測量值(單位為歐姆)或電導(單位為西門子)。

14.1.10 當要求時,體積電阻計算值(單位為歐姆-厘米),體積電導計算值(單位為西門子/厘米),表面電阻計算值(單位為歐姆(每平方))或表面電導計算值(單位為西門子(每平方))。

14.1.11 說明報告值是否為“表觀”或者“穩定狀態”。

14.1.11.1 在測試用后者75%特定電化時間期間,只有回路中的電流數值變化保持在±5%之內,才可獲得“穩定狀態”值。在任何其他情況下進行的測試視為“表觀”。

 

15. 精度和偏差

15.1 精度和偏差天性受到方法,設備和樣本選擇方法的影響。分析細節見第7和9節,尤其得參閱7.5.1-7.5.2.5。

 

16. 關鍵

16.1 直流電阻;絕緣電阻;表面電阻;表面電阻率;體積電阻;體積電阻率。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1  電阻或電導計算A

電極或樣本類型

體積電阻,Ω-cm

體積電導,S/cm

測量電極有效面積

 

 

圓形(圖4)

矩形

正方形

管狀(圖5)

電纜

 

 

表面電阻,Ω(每平方)

表面電阻,Ω(每平方)

被保護電極的有效周長

 

 

圓形(圖4)

矩形

正方形

管狀(圖5和6)

術語:

A=對于采用的特殊布置,測量電極的有效面積;

P=對于采用的特殊布置,保護電極的有效周長;

RV=測量體積電阻,單位為歐姆;

GV=測量體積電導,單位為西門子;

RS=測量表面電阻,單位為歐姆;

GS=測量表面電導,單位為西門子;

t=樣本的平均厚度;

Do,D1,D2,g,L=圖4和圖6所示尺寸(g的修正因子見附錄X2);

a,b=矩形電極的邊長;

ln=自然對數。

A所有尺寸單位為厘米。

 

2  使用設備和條件

方法

參考

zui大歐姆值

在500V探測

zui大歐姆值

在500V測量精確到±6%

測量類型

從保護電極到保護電極的絕緣電阻分流的歐姆電阻值

章節

圖號

電壓表-安培計(電流表)

X3.1

圖X1.1

1012

1011

偏移

10~105

比較(電流計)

X3.4

圖X1.3

1012

1011

偏移

10~105

電壓表-安培計(直流放大器,靜電計)

X3.2

圖X1.2(a)

(位置1)

 

1015

 

1013

偏移

102~109

 

 

圖X1.2(a)

(位置2)

 

1015

 

1013

偏移

偏移

102~103

103~1011

 

 

圖X1.2(b)

1017

1015

零位

0(有效)

 

 

圖X1.2(b)

1017

1015

 

 

比較(惠斯登電橋)

X3.5

圖X1.4

1015

1014

零位

105~106

電壓變化速率

X3.3

圖X3.1

~100 MΩ·F

 

偏移

非保護

兆歐計(典型)

商用設備

 

1015

1014

直接讀數

104~1010

 

 

 

 

附錄
(非強制性信息)

X1. 絕緣電阻或電導測量的影響因素

X1.1 材料的固有變化——由于在類似試驗條件下的某個給定樣本的電阻變化,以及相同材料的不同樣本之間的不均勻性,測定獲得的再現性通常不接近10%,通常甚至更加擴散(在顯著一致條件下可以獲得10~1的范圍值)。

X1.2 溫度——已知電絕緣材料電阻隨著溫度而發生變化,該變化通常可以采用以下函數關系式來表示:(10)

 

式中:

R=某一絕緣材料或系統的電阻(或電阻率),

B=比例常數,

m=激活常數,

T=絕對溫度,單位為K。

該方程是與某一化學反應在絕對溫度時的激活能量有關的阿倫尼烏斯方程的簡化形式,同時也是玻耳茲曼原理,即大量微粒熱激活之間的能量統計分布處理的一般定律的簡化形式。激活常數m具有某一特定能量吸收過程的特征值。材料之內可能存在幾種這類過程,每一個過程都具有不同的作用溫度范圍,因此為完全表征材料將需要幾個m值。可通過相對于絕對溫度倒數來繪制電阻自然對數曲線,以此來經驗確定m值。通過測量該曲線上的直線部分的斜率,可從該曲線上獲得m的要求值。對方程X1.1兩邊取自然對數,則可以得出:

 

     依據方程X1.1,當絕對溫度從T1變化到T2變化時,其對應的電阻(或電阻率)變化可用對數形式表述為:

 

    如果材料在該溫度范圍之內不經歷轉變,則這些工程只在某一溫度范圍上是有效的。推斷是不肯定的,因為轉變不顯著或者不可以預測。作為推論,從某一直線上獲得的R相對于1/T的對數曲線比實際發生的轉變更加明顯。此外,在材料之間進行比較時,對所有材料的受影響的整個范圍進行測量是非常重要的。

注X1.1:電絕緣材料的電阻可能受到溫度暴露時間的影響。因此,等效溫度調節周期對于比較性測量是非常重要的。

注X1.2:如果絕緣材料顯示在gao溫調節之后存在損壞跡象,則該信息必須包含在試驗數據中。

X1.3 溫度和濕度——實心介質材料的絕緣電阻隨著X1.2所述溫度增加以及濕度增加(1,2,3,4)而減小。體積電阻對溫度變化特別敏感,然而表面電阻隨著濕度變化(2,3)而發生寬范圍且非常快速的變化。在這兩種場合,變化都呈指數的。對于某些材料,從25到100℃的變化可改變絕緣電阻或電導,改變因子為100000,通常是由于溫度和濕分含量變化的組合影響;單獨的溫度變化影響通常極其小。從25到90%的相對濕度變化可改變絕緣電阻或電導,改變因子gao達1000000或更大。絕緣電阻或電導是樣本體積和表面電阻或電導的函數,同時表面電阻幾乎隨著相對濕度變化而發生瞬間改變。因此,絕對有必要在調節期間保持溫度和相對濕度在窄極限之內,同時在規定調節環境下進行絕緣電阻或電導的測量。不能忽視的另一點在相對濕度得gao于90%時,此時的表面冷凝液可導致對調節系統產生的濕度或溫度產生無意的波動。該問題可通過使用在稍微較gao溫度下的等效絕對濕度來得以避免,因為對于小溫度變化,平衡濕分含量保持幾乎是相同的。為測定濕度對體積電阻或電導的影響,要求延長調節周期,因為電介質主體的水吸收是一個相對較慢的過程(10)。某些樣本要求幾個月才能達到平衡。當禁止長時間進行調節時,可以使用較薄樣本或者接近平衡的比較性測量,但是這些細節必須包含在試驗報告中。

X1.4 電化時間——電介質材料的測量與某一導體的測量具有根本性差異,除了涉及的補充參數,電化時間(在某些場合為電壓梯度)之外。在兩種場合,都涉及施加電壓和電流之間的關系。對于電介質材料,與未知電阻串聯放置的標準電阻必須具有相對低的電阻值,以使得基本上全部電壓將能經過未知電阻進行施加。當某一電位差施加到某一樣本上,流過樣本的電流通常朝著某一極限值漸近減小,在1分鐘末期,該值可能小于0.01的觀測電流值(9,12)。電流隨著時間而減小是因為電介質吸收(界面極化,空間電荷等等)和電極移動離子的掃描。通常來說,電流和時間的關系式為I(t)=At-m,在完成初始充電之后,直到實際泄漏電流成為一個顯著因素時(13,14),以上關系式都是滿足的。在該關系式中,A為一個常數,數值上等于在單位時間時的電流,m通常但不總是等于0和1之間的某個值。取決于樣本材料的特征,電流減小至1%zui小值之內所需的時間可能為幾秒鐘到幾小時不等。因此,為確保某一給定材料測量將具有可比性,有必要規定電化時間。傳統的充電任意時間為1分鐘。對于某些材料,依據在該任意時間內獲得的試驗結果可以得出誤導性結論。對于某一給定材料,應在試驗條件下獲得一條電阻-時間或電導-時間曲線,以作為選擇合適的電化時間的基礎,該電化時間必須在該材料的試驗方法中予以規定,或者應使用這種曲線來用于比較性用途。有時,將發現某一種材料的電流隨著時間而增加,在這種場合,必須使用時間曲線或者進行特殊的研究,同時對電化時間進行主觀判斷。

X1.5 電壓大小:

X1.5.1 某一樣本的體積和表面電阻或電導可能對電壓敏感(4)。在這種場合,如果在類似樣本上進行的測量將具有可比性,則有必要使用相同的電壓梯度。另外,施加電壓應至少在5%的規定電壓之內。這是來自X1.7.3給出的一個獨立要求,在X1.7.3中討論了為獲得合適的樣本電容采取的相關電壓調節和穩定。

X1.5.2 通常施加到整個樣本的規定試驗電壓為100,250,500,1000,2500,5000,10000和15000V。在這些電yazhong,zui常用的電壓是100和500V。較gao電壓用于研究材料的電壓-電阻或電壓-電導特征(在工作電壓梯度或接近工作電壓梯度時進行試驗),或者用于增加測量的敏感性。

X1.5.3 某些材料的樣本電阻或電導可能取決于濕分含量,同時受到施加電壓的極性的影響。尤其是存在不均勻電場時,電解和/或離子遷移導致的影響可能在絕緣結構中特別顯著,例如電纜中的絕緣結構,其中在內側導體的試驗電壓梯度大于在外側表面的電壓梯度。當樣本存在電解或離子遷移時,當較小試驗電極相對于較大電極為負極時,電阻將會更低。在這種場合,應按照試驗樣本要求來規定施加電壓的極性。

X1.6 樣本輪廓:

X1.6.1 樣本的體積和表面電阻或電導都可能對某一樣本的絕緣電阻或電導的測量值產生綜合影響。因此成分的相對值可能因材料不同而發生變化,通過使用圖1,圖2和圖3的電極系統來對不同材料進行比較通常是無效的。也就是說,使用這些電極系統之一進行測量時,不能保證如果材料A的絕緣電阻gao于材料B的絕緣電阻,也將可能比B預期應用時的電阻更gao。

X1.6.2 可以對樣本和電極形狀進行設計,以適合于單獨的體積電阻或電導的評估,以及相同樣本的相應表面電阻或電導的評估。通常來說,這要求至少布置三個電極,操作者可以選擇電極對,此時測量的電阻或電導主要為某一體積電流路徑或某一表面電流路徑,而不是兩者兼有的電流路徑(7)。

X1.7 測量回路的缺陷:

X1.7.1 許多實心電介質樣本的絕緣電阻在標準實驗室條件時極其gao,其值接近或超過表2給出的zui大測量極限值。除非在測量回路絕緣性時極其小心,否則獲得的值更多的是衡量設備極限性,而不是材料自身的極限值。因此,樣本,參考電阻器或電流測量儀器不適當分流,以及未知泄漏電阻或電導的可能數值變化可以導致樣本產生測量誤差。

X1.7.2 測量回路自身可能存在電解電動勢,接觸電動勢或熱電動勢;或者由于外來電源泄漏導致產生雜散電動勢。熱電動勢通常是不顯著的,除了在某一電流表低電阻回路和分流回路中。當存在熱電動勢時,可能發生電流表零點的隨機漂移。由于空氣電流導致的慢漂移可能是令人討厭的麻煩。電解電動勢通常與潮濕樣本和異金屬相關,但是某一gao電阻探測器的保護回路上可獲得大于或等于20mV的電動勢,此時相同金屬試片接觸潮濕樣本。如果在保護電極和被保護電極之間施加一個電壓,在去除電壓之后,可能保持一個極性電動勢。實際接觸電動勢只可以采用一個靜電計來進行探測,同時不視為誤差的來源。術語“雜散電動勢”有時適用于電解電動勢。為確保缺省來自任何來源的雜散電動勢,在施加電壓到樣本之前以及已經去除電壓之后,應觀測探測設備。如果兩次偏轉是相同的或者幾乎相同,假如修正值很小,則可以對測量電阻或電導進行修正。如果偏轉差異很大或者接近測量偏轉,將有必要找到和評估雜散電動勢的來源(5)。連接屏蔽電纜的電容變化可導致嚴重的困難。

X1.7.3 當涉及相當大的樣本電容時,施加電壓的調節和瞬態穩定性應使得電阻或電導測量可以獲得規定的精度。施加電壓的短時間的瞬態加上相對長時間的漂移可導致雜散電容充電和放電,這可以顯著影響測量精度。尤其是在電流測量法場合,這可以稱為一個嚴重的問題。由于電壓瞬變導致的測量設備中的電流為Io=CxdV/dt。指針偏轉大小和速度取決于以下因素:

X1.7.3.1 樣本電容。

X1.7.3.2 被測量電流的大小。

X1.7.3.3 進入電壓瞬態的大小和周期,以及變化速度。

X1.7.3.4 穩定化回路用于提供帶不同特征進入狀態的恒定電壓的能力。

X1.7.3.5 與電流測量儀器的周期和阻尼相當的完整試驗回路的時間-常數。

X1.7.4 電流測量設備的范圍變化可引入一個電流瞬態。當Rm[Lt]Rx和Cm[Lt]Cx,該瞬態方程為:

 

式中:

Vo=施加的電壓,

Rx=樣本的表觀電阻,

Rm=測量設備的有效輸入電阻,

Cx=在1000Hz時的樣本電容,

Cm=測量設備的輸入電容,

t=Rm轉換進入回路之后的時間。

當由于該瞬態導致的誤差不大于5%時:

 

采用反饋的微安表通常沒有該誤差來源,因為大量的反饋(通常至少為1000倍)可有效地劃分實際輸入電阻。

X1.8 殘留電荷——在X1.4中,其指出在施加電位差到電極上之后,電流持續一段較長的時間。反過來,在帶電樣本的電極連接在一起之后,電流將持續一段較長的時間。在嘗試首次測量,一次重復測量,一次緊接著表面電阻測量之后的體積電阻測量或者一次反向電壓測量之前,應確定試驗樣本已經完全放電(9)。在執行測量之前的放電時間應至少為4倍的任何先前的電化時間。樣本電極應連接在一起,直到進行測量時將防止任何來自環境的電荷聚積。

X1.9 保護:

X1.9.1 保護取決于在所有關鍵絕緣路徑的干預,保護導體能攔截所有可能產生誤差的雜散電流。保護導體連接在一起構成保護系統,然后與測量終端一起形成三終端網絡。當獲得合適的連接時,雜散外部電壓產生的雜散電流將通過保護系統遠離測量回路進行分流。

X1.9.2 電流測量相關方法的保護系統正確使用見圖X1.1-X1.3所述,其中圖示保護系統連接到電壓源和電流測量設備或標準電阻器的接頭上。對于惠斯通電橋法,在圖X1.4中,圖示保護系統連接到兩個低值電阻臂的接點上。在所有場合,為達到效果,保護必須是完整的,同時必須包括任何在觀測站執行測量時可操作的控制鍵。保護系統通常保持其電位接近受保護終端的電位,但是與其進行絕緣隔離。這是因為在其它情況時,許多絕緣材料電阻是與電壓有關的。然而,一個三終端網絡的直流電阻或電導是與電位無關的。保護系統通常進行接地,同時電壓源和電流測量設備的一側也進行接地。這將樣本兩個終端放置于地面之上。有時,樣本的一個終端進行永久性接地。此時電流測量設備通常連接到該終端,要求電壓源與地面具有良好的絕緣。

 

X1.1  使用一個電流表的伏特計-安培表方法

 

(a)放大器和指示儀表正常使用時

 

(b)放大器和指示儀表作為零位探測器

X1.2  使用直流放大的伏特計-安培表方法

 

X1.3  使用一個電流表的比較方法

 

X1.4  使用一個惠斯通電橋的比較方法

X1.9.3 通過受保護終端和保護系統之間的電阻或電導來分流電流測量設備時,該事實可導致產生電流測量誤差。該電阻應至少為10到100倍的電流測量設備的輸入電阻。在某些電橋技術中,保護和測量終端具有幾乎相同的電位,但是橋路中的標準電阻器在未受保護的終端和保護系統之間進行分流。該電阻應至少為1000倍的參考電阻器。

 

X2. 被保護電極的有效面積

X2.1 概述——由測量的體積電阻來計算體積電阻率時,此時涉及參量A,即被保護電極的有效面積。取決于材料性能和電極形狀,由于以下原因,A不同于被保護電極的實際面積。

X2.1.1 電極邊緣區域的電流線路的邊緣現象可有效得增加電極尺寸。

X2.1.2 如果平面電極不是平行的,或者如果管狀電極不是同軸的,樣本的電流密度將不是均勻的,從而可能導致誤差。該誤差通常較小,以致可以忽略。

X2.2 邊緣現象:

X2.2.1 如果樣本材料是均勻且各向同性的,邊緣現象可有效擴展被保護電極邊緣,擴展量(15,16)值為:

 

式中:

 

 g和t為圖4和圖6所示的尺寸。修正值也可寫為:

 

     式中B為間隙寬度分數加上圓形電極直徑或者矩形或圓柱形電極的尺寸。

X2.2.2 然而,層壓材料在體積吸收濕分之后有點各向異性。此時平行于層壓結構的體積電阻率低于垂直方向的體積電阻率,同時邊緣現象影響也增加。對于這種潮濕層壓材料,δ接近為零,同時被保護電極有效得延伸到被保護電極和非保護電極之間間隙的中心(15)。

X2.2.3 采用先前方程來確定δ,間隙寬度g的分數添加到圓形電極直徑或者矩形或圓柱形電極的尺寸B,如下所示:

g/t

B

g/t

B

0.1

0.96

1.0

0.64

0.2

0.92

1.2

0.59

0.3

0.88

1.5

0.51

0.4

0.85

2.0

0.41

0.5

0.81

2.5

0.34

0.6

0.77

3.0

0.29

0.8

0.71

 

 

注X2.1:符號“ln”表示以e=2.178....為底的對數。此時g近似等于2t,δ通過下式近似得出:

 

注X2.2:對于薄膜測試,當t<<g,或者當不使用某一保護電極,而另一電極延伸越過另一電極,延伸距離大至可以與t相當,則圓形電極直徑或矩形電極尺寸應添加0.883t。

注X2.3:在完全干燥和隨后相對均勻體積濕分分布之間的轉變期間,層壓材料是不均勻的,同時也是各向異性的。在該轉變期間,體積電阻率是顯著可疑的,因此不可能有精確的方程式或者也不能在比足夠量大一個數量級之內進行判斷和計算。

 

 

X3. 典型測量方法

X3.1 使用一個電流表的伏特計-安培表方法:

X3.1.1 帶一個合適分流器的一個直流伏特計和一個電流表連接到電壓源和試驗樣本上,如圖X1.1所示。施加電壓通過一個直流伏特計進行測量,直流伏特計的范圍和精度將在電壓指示時具有zui小的誤差。在任意場合,將使用的伏特計的誤差應不能大于±2%的滿刻度,同時其范圍不能使得偏轉小于1/3的滿刻度(對于某一樞軸式儀器)。電流采用具有gao電流靈敏度的一個電流表來進行測量(假設刻度長度為0.5m,因為較短的刻度長度將導致成比例的較gao誤差),而提供精密埃爾頓通用分流來調節儀器偏轉時,通常來說,其可讀性誤差不會超過±2%的觀測值。電流表應校準至±2%之內。如果電流表提供了補充的合適固定分流器,可以直接讀出電流。

X3.1.2 未知電阻Rx或電導Gx按下式計算:

 

式中:

K=電流表靈敏度,單位為安培每刻度分度,

d=刻度分度的偏轉,

F=總電流Ix與電流表電流的比值,

Vx=施加電壓。

X3.2 使用直流放大器或靜電計的伏特計-安培表方法

X3.2.1 通過使用直流放大器或一個靜電計來增加電流測量儀器的靈敏度(6,17,18),伏特計-安培表方法可擴展用于測量較gao的電阻。取決于所用的設備,通常來說,但是沒有必要只通過犧牲一些精度來獲得效果。直流伏特計和直流放大器或靜電計連接到電壓源和樣本上,如圖X1.2所示。施加電壓采用X3.1.1所述的具有相同特征的直流伏特計來進行測量。電流測量時采用流經某一標準電阻Rs上的電壓降來表示。

X3.2.2 在圖X1.2(a)所示的回路中,沿著標準電阻Rs產生樣本電流Ix,電壓降通過直流放大器進行放大,然后從指示儀表或電流表中讀取。通過反饋電阻Rf的方式,從放大器輸出的放大器的凈增益通常是穩定的。指示儀表可以進行校準,以采用反饋電壓Vf的形式來直接讀取,該反饋電壓Vf可采用已知電阻值Rf和流經其的反饋電流來確定。當放大器具有足夠的固有增益時,反饋電壓Vs不同于電壓IxRs,差異值為一個微不足道的數值。按圖X1.2(a)所示,來自電壓源Vx的返回導線可以連接到反饋電阻器Rf的任一個末端上。在Rs和Rf接點上進行連接時(點動開關位置1),整個Rs電阻放入到測量回路上,流經樣本電阻顯示的任何交流電壓只可以放大至橫穿Rs的直流電壓IxRs。在Rs另一端上進行連接時(開關位置2),測量回路放置的表觀電阻等于Rs乘以放大器衰減增益與固有增益的比值;橫穿樣本電阻顯示的任何交流電壓此時通過固有放大器增益進行放大。

X3.2.3 在圖X1.2(b)所示的回路中,樣本電流Ix流經標準電阻Rs時產生電壓降,通過調節來自一個校準電位計的反向電壓Vs,可以或不可以抵消電壓降。如果沒有使用反向電壓,橫穿標準電阻Rs的電壓降通過直流放大器或靜電計來進行放大,然后從一個指示儀表或電流表上讀取。這在測量電極和保護電極之間產生一個電壓降,這可以導致電流測量產生誤差,除非在測量電極和保護電極之間的電阻至少為10~100倍的Rs值。如果使用一個反向電壓Vs,直流放大器或靜電計只作為一種非常敏感的gao電阻零值探測器。電壓電源Vx的返回導線按圖示連接,以包括測量回路中的電位計。當以這種方式進行連接時,在平衡時測量回路沒有放置電阻,因此測量電極和保護電極之間沒有顯示電壓降。然而,急劇增加的Rs分數包括在測量回路中,因為電位計失去了平衡。橫穿樣本電阻顯示的任何交流電壓通過放大器凈增益來進行放大。放大器可以為配有輸入和輸出變壓器的一個直流電壓放大器或一個交流電壓放大器。橫穿樣本的感應交流電壓通常帶來足夠的麻煩,即要求在放大器前面放置一個電阻-電容過濾器。該過濾器的輸入電阻應至少比作用電阻大100倍,輸入電阻通過電阻Rs放置在測量回路中。

X3.2.4 電阻Rx或電導Gx按下式計算:

 

式中:

Vx=施加電壓,

Ix=樣本電流,

Rs=標準電阻,

Vs=放大器輸出儀表,靜電計或校準電位計顯示的橫穿Rs的電壓降。

X3.3 電壓變化速率方法:

X3.3.1 如果樣本電容相對較大,或將要測量電容時,表觀電阻Rx可以使用圖X3.1的回路(19)通過充電電壓Vo,樣本電容值Co(在1000Hz時的Cx電容)和電壓變化速率dV/dt來進行確定。為進行測量,靜電計短路開關S1閉合,通過閉合S2來對樣本進行充電。當隨后斷開S1時,橫穿樣本的電壓將下降,因為此時必須通過電容Co而不是通過Vo來提供泄漏和吸收電流。橫穿樣本的電壓降將通過靜電計來顯示。如果記錄儀連接到靜電計輸出端,在S2閉合之后(通常規定為60秒),可從記錄儀追蹤痕跡上讀取在任何要求時間時的電壓變化速率dV/dt。作為一種選擇,靜電計在時間△t時顯示的電壓△V可以采用。因為這能給出在△t期間的電壓變化速度的平均值,時間△t應為規定電化時間(自從閉合S2之后的時間)的中間值。

X3.3.2 如果靜電計輸入電阻大于樣本的表觀電阻,同時輸入電容為0.01或更小的樣本電容,在確定dV/dt或△V/△t時的表觀電阻為:

Rx=V0/Ix=V0dt/C0dVm 或者V0t/C0△Vm           (X3.3)

   取決于是否使用一個記錄儀。當靜電計輸入電阻或電容不能忽略時或者當Vm比Vo稍微大一點時,應使用完整的方程式。

 

式中:

Co=在1000Hz時的Cx電容,

Rm=靜電計的輸入電阻,

Cm=靜電計的輸入電容,

Vo=施加電壓,

Vm=靜電計讀數=Cx的電壓降。

 

X3.1  電壓變化速率方法

 

X3.4 使用一個電流表或直流放大器的比較法(1):

X3.4.1 一個標準電阻Rs和一個電流表或直流放大器連接到電壓源和試驗樣本上,如圖X3.1所示。電流表及其相關埃爾頓分流器與X3.1.1所述相同。配有一個合適顯示器的一個具有等效直流靈敏度的放大器可以用于替代靜電計。如果電池使用作為電壓源(除非使用了一個gao輸入電阻伏特計),則可以方便,但沒有必要,也不要求穿過電源連接到一個伏特表上,以對其電壓進行一次連續檢查。在測量過程中,開關能用于讓未知電阻發生短路。有時規定未知電阻或標準電阻進行短路,但是不能同時讓未知電阻和標準電阻發生短路。

X3.4.2 通常來說,shouxuan在所有時間在回路中留下標準電阻,以防止電流測量設備在樣本失效時發生損壞。分流器設置在zui不靈敏位置,同時開關斷開,然后施加電壓。然后調節艾爾頓分流器來給出盡可能接近zui大值的刻度讀數。在電化時間的末期,記錄偏轉dx和分流比值Fx。然后分流器設置為zui不靈敏位置,閉合開關,以使得未知電阻發生短路。再次調節分流器以給出盡可能接近zui大值的刻度讀數,記錄電流表或儀表偏轉ds和分流比值Fs。對于接近相等的偏轉dx和ds,假設當前電流表或放大器靈敏度相等。

X3.4.3 未知電阻Rx或電導Gx按下式計算:

 

式中:

Fx和Fs=帶Rx的電流表或直流放大器分別在通路和短路時的總電流比值。

X3.4.4 當Rs短路,而Rx為通路時,或者Fs/Fx的比值大于100時,Rx或Gx值按下式計算:

 

X3.5 使用一個惠斯登電橋的比較法(2):

X3.5.1 試驗樣本連接到一個惠斯登電橋的一條臂上,如圖X1.4所示。三個已知臂應切實具有gao電阻,同時通過這類電阻器固有誤差來限制電阻。通常,RB或RN以十進位步驟進行變化時,zui低電阻RA可用于常規的平衡調節。探測器應為一個直流放大器,其輸入電阻與這些臂的任何電阻gao度相當。

X3.5.2 未知電阻Rx或電導Gx按下式計算:

 

式中RA,RB和RN見圖X1.4所示。當臂A為可變電阻器時,其表盤可以進行校準,在乘以因子RBRN(為了方便起見,該因子值在十進位步驟中可以變化)之后,以能以兆歐姆為單位來直接讀數。

X3.6 記錄——可以隨著時間連續記錄未知電阻值或者在某一已知電壓下對應電流值。通常來說,這可以采用伏特計-安培表方法,使用直流放大(X3.2)。直接耦合直流放大器的零漂移,當足夠慢用于X3.2的測量時,可能太快而進行連續記錄。該問題可以通過定期檢查零值來解決,或者通過使用一個帶輸入和輸出變壓器的交流放大器來解決。通過使用合適的記錄毫安表或毫伏特表,圖X1.2(a)的顯示儀表可以替代所用放大器。記錄器可為偏轉型或零位平衡型,后者通常具有較小的誤差。零位平衡型記錄器也可以用于執行圖X1.2(b)所示的電位計自動調節功能,以及顯示和記錄測量數值。放大器,記錄器平衡裝置和電位計的特征可以使得構成一個完整且穩定的電動機械的反饋系統,該反饋系統具有gao靈敏度和低誤差。這些系統也可以配置電位計,該電位計采用與樣本相同的穩定電壓源進行供應,從而排除伏特計誤差,同時允許靈敏度和精度與惠斯登電橋方法的靈敏度和精度相當(X3.5)。

X3.7 直接讀數儀器——這些儀器為易獲得的通用儀器,同時能通過電橋方法或相關模型獲得的電壓和電流比值測定值,可直接顯示電阻。某些元件合并了許多先進的功能和改良,例如數字化讀出器。多數直接讀數儀器為自給便攜式儀器,同時包含一個帶多個試驗電壓電容的直流電源,一個零位探測器或一個顯示器,及所有相關附件。測量精度隨著設備類型和包含的電阻范圍的變化而發生變化;對于更精心制作的儀器,其精度與采用一個電流表的伏特計-安培表方法(X3.1)獲得的精度相當。直接讀數儀器未必能替代本附錄所述的其它典型測量方法所用的儀器,但是可以簡單方便得用于常規電阻測量和調查研究性電阻測量。

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