ZST-212【表面/電阻和表面電阻率測(cè)定儀】主要技術(shù)參數(shù)

1.電阻測(cè)量范圍：1×10⁵～1×10¹⁶ Ω

2.電阻測(cè)量誤差：1×10⁵～1×10¹⁰ Ω±5%；1×10¹⁰～1×10¹³ Ω±20%

3.測(cè)試電壓：10/50/100/250/500/1000V

4.直流電壓誤差：±2%

5.電源：220V 10A   50Hz

6.消耗功率：約10W

7.環(huán)境溫度： 0～40℃

8.相對(duì)溫度：≤70%

9.外形尺寸： 410mm×370mm×560mm

10.重量： 約30kg【ZST-212表面/電阻和表面電阻率測(cè)定儀】

固體絕緣材料  介電和電阻特性

第3部分：電阻特性(DC方法)

表面電阻和表面電阻率

1   范圍

GB/T31838的本部分規(guī)定了直流電壓下確定固體絕緣材料表面電阻和表面電阻率的試驗(yàn)方法。

2   規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修）適用于本文件。

IEC 60212   固體電氣絕緣材料試驗(yàn)前和試驗(yàn)時(shí)采用的標(biāo)準(zhǔn)條件（Standard conditions for use prior  to and during the testing of solid electrical insulating materials)

IEC 62631-3-1固體絕緣材料介電和電阻特性    第3-1部分：確定電阻特性(DC方法)   體積電阻和體積電阻率一般方法[ Dielectric and resistive properties of solid insulating materials-Part3-1：Determination of resistive properties(DC Methods)—Volume resistance and volume resistivity —Gen-eral method]

IEC 62631-3-3   固體絕緣材料介電和電阻特性   第3-3部分：確定電阻特性(DC方法)   絕緣電阻

[Dielectrie and resistive properties of solid insulating materials Part 3-3: Determination of resistive  properties(DC Methods)—insulation resistance]

3  術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

電極裝置 electrode arrangemen

與被測(cè)量樣表面相接觸的導(dǎo)體裝置。

注：電極的放置宜確保與材料表面充分接觸(例如，可通過(guò)導(dǎo)電涂料粘貼)，和/或施加一定機(jī)械作用力于電極和材料表面接觸的位置。

3.2

彈簧電極 spring loaded electrodes

線電極系統(tǒng)，通常用具有尖角的彈簧結(jié)構(gòu)，具有一定間隙的兩個(gè)平行金屬刀刃電極。

3.3

線電極 line electrodes

應(yīng)用于被測(cè)材料表面，具有一定間隙的平行線型電極。

3.4

環(huán)電極 annular electrodes

中心為圓形電極，間隔空隙環(huán)繞著環(huán)形電極的裝置。

注：與IEC 62631-3-1定義的保護(hù)電極的形狀相似，在測(cè)量表面電阻時(shí)，環(huán)形電極不再作為保護(hù)電極，

保護(hù)功能由下電極來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.5

測(cè)量電阻 measured resistance

施加到與被測(cè)量樣接觸的電極上的直流電壓同足夠精確地被測(cè)量到的流過(guò)電極之間的電流的比值。

注1：電極系統(tǒng)常用于在測(cè)量電阻過(guò)程中避免產(chǎn)生體積電流。

注2: Wheatstone電橋常用于被測(cè)電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較，目前此類電橋已較少使用。

注3:根據(jù)IEC60050-121中的規(guī)定，“電導(dǎo)率"被定義為標(biāo)量或張量，它與電場(chǎng)強(qiáng)度的乘積是電流密度；“電阻率"是“電導(dǎo)率"的倒數(shù)。以這種方法測(cè)得的表面電阻率是電阻率的平均值，這些電阻在測(cè)量的范圍內(nèi)可能很不均

勻，并包含電極上可能產(chǎn)生的極化現(xiàn)象而對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響。

3.6

表面電阻   surface resistance

Rs

本部分定義的任何電極裝置之間所測(cè)得的電阻。

注1:取決于電極裝置，表面電阻可表示為R_SA、R_SB、R_SC、R_SD或R_SE,單位為歐姆(Ω)。

注2:在進(jìn)行電阻測(cè)量時(shí)，表面電阻還包含材料內(nèi)部不確定的某部分電阻。

3.7

彈簧電極之間的表面電阻   surface resistance between spring loaded electrode

R_SA

彈簧電極間所測(cè)得的電阻。

3.8

小型線電極之間的表面電阻  surface resistance between small line electrodes

R_SB

小型線電極之間所測(cè)得的電阻

3.9

環(huán)形電極之間的表面電阻 surface resistance between annular electrodes

R_SC

環(huán)形電極系統(tǒng)的內(nèi)圓區(qū)和外圓環(huán)電極之間所測(cè)得的電阻

3.10

線電極之間的表面電阻  surface resistance between line electrodes

R_SD

線電極之間所測(cè)得的電阻。

3.11

小板試樣線電極之間的表面電阻   surface resistance between line electrodes for small plates

R_SE

小板試樣線電極之間所測(cè)得的電阻。

3.12

表面電阻率  surface resistivity

σ

表面電阻R_SA、R_SB、R_SC、R_SD或R_SE單位面積上的電阻，分別表示為。σ_A、σ_B、σ_C、σ_D和σ_E。

注1:表面電阻率σ_C、σ_D和σ_E的單位為歐姆(Q).

注2:表面電阻率也由單位面積的非標(biāo)準(zhǔn)單位Ω表示，通過(guò)計(jì)算特定值以表明該電極尺寸已被考慮在內(nèi)。

注3:僅在電極尺寸相同時(shí)，可進(jìn)行材料比對(duì)，推薦的電極尺寸見5.3。

4  意義

絕緣材料通常用于將電氣系統(tǒng)的各部分組件相互絕緣和對(duì)地絕緣。固體絕緣材料還起到機(jī)械支撐的作用。對(duì)于這些用途，一般期望材料具有盡可能高的絕緣電阻，包括具有得到認(rèn)可的機(jī)械性能、化學(xué)和耐熱性能。

表面電阻同體積電阻一樣是材料絕緣電阻的一部分。絕緣電阻的確定應(yīng)依據(jù)IEC 62631-3-3,體積電阻的確定則應(yīng)依據(jù)IEC 62631-3-1。

表面電阻不僅可提供材料或產(chǎn)品的表面上電阻的信息，還可提供由外部影響引起電阻變化的監(jiān)控。但是，表面電阻不是一個(gè)材料的主要特性。表面電阻主要取決于工藝參數(shù)、環(huán)境條件、表面的老化現(xiàn)象和污染等。對(duì)于特定的應(yīng)用要求，可優(yōu)先選取不同的電極裝置。

5  試驗(yàn)方法

5.1  概述

通用方法適用于各類材料的測(cè)量。對(duì)于一個(gè)特定類型的材料，應(yīng)使用本部分規(guī)定的特定的試驗(yàn)方法。

根據(jù)特定的測(cè)量要求和產(chǎn)品的需求來(lái)選擇不同類型的電極。對(duì)于表面形狀彎曲的材料，建議選用小型線電極。彈簧電極可在產(chǎn)品上施加較小的應(yīng)力而進(jìn)行測(cè)量，且對(duì)于在測(cè)量前應(yīng)進(jìn)行條件處理的材料是最佳適用的電極。如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定，則應(yīng)依據(jù)典型應(yīng)用選擇電極裝置。

如果所選電極放置在被測(cè)試樣上，使得試樣形狀發(fā)生明顯變化，則應(yīng)更換其他合適的電極進(jìn)行測(cè)量。

如果沒(méi)有可供參考的電極選用信息，則推薦采用小型線電極裝置。

5.2  電壓

試驗(yàn)電壓應(yīng)推薦為10V、100V、500V、1000V和10000V。

其他電壓可能也適用，如無(wú)其他規(guī)定，應(yīng)采用100V電壓。

注1:超過(guò)規(guī)定的起始電壓會(huì)引起局部放電，可能導(dǎo)致測(cè)量產(chǎn)生誤差。若在空氣中進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電壓低于340V,不會(huì)引起局部放電。

注2:電壓源的紋波特性是十分具有參考價(jià)值的，電源電壓為100V時(shí)，紋波系數(shù)小于5×10^-5。

5.3  設(shè)備

5.3.1  概述

注意表面電阻受平行于電極裝置的寄生電阻產(chǎn)生的影響，如試驗(yàn)裝置支撐或電線屏蔽層的電阻。

當(dāng)被測(cè)電阻大于1010Ω時(shí)，為減小測(cè)量誤差，應(yīng)對(duì)測(cè)量線路施加屏蔽，把測(cè)量裝置放于屏蔽箱內(nèi)。

各種電極裝置均可用于表面電阻和表面電阻率的測(cè)量，但測(cè)量結(jié)果與電極類型密切相關(guān)。

3.2精確度

可采用任何合適的設(shè)備。測(cè)量電阻的精度至少應(yīng)為：

—電阻低于10¹⁰Ω,測(cè)量誤差不大于±10%；

—電阻在10¹⁰Ω~10¹⁴Ω之間，測(cè)量誤差不大于±20%；

—電阻高于10¹⁴Ω,測(cè)量誤差不大于±50%。

5.3.3電壓源

所施加電壓源應(yīng)為穩(wěn)定的直流電壓源，可由蓄電池或整流穩(wěn)壓電源提供，要保證由電壓不穩(wěn)所引起的電流變化足夠小，而不影響測(cè)量的有效性。

5.3.4電極裝置A一彈簧電極

電極裝置A由兩個(gè)長(zhǎng)度為100mm、間距為10mm的柔性金屬的邊緣鋒利的刀刃電極組成，如圖1所示。

電極裝置A無(wú)保護(hù)電極。金屬刀刃電極應(yīng)包括兩個(gè)相鄰間隔為0.3mm、厚度為0.3mm、長(zhǎng)度不超過(guò)5mm的彈簧裝置。接觸力應(yīng)足夠大以保證刀刃緊貼在試樣表面，但不破壞試樣表面。

所施加的金屬刀刃電極的連接線宜具有足夠的絕緣。

單位為毫米

說(shuō)明：

1—導(dǎo)桿（可拆卸）；
2—金屬刀刃電極；

3—式樣。

圖 1  電極裝置A（示例）

5.3.5  電極裝置Bー一小型線電極

電極裝置B應(yīng)由兩個(gè)線電極粘附而成，沒(méi)有保護(hù)電極，因此，應(yīng)使用兩個(gè)平行的寬度為1.5mm、長(zhǎng)度為25mm、電極間距為2mm的線電極，例如導(dǎo)電銀。應(yīng)在試樣條件處理前安裝電極裝置。應(yīng)按照兩電極系統(tǒng)連接測(cè)量電路(見圖2)。

說(shuō)明：

1—支撐桿；

2—導(dǎo)桿；

3—線電極；

4—試樣。

圖 2 電極裝置B示意圖

5.3.6  電極裝置C一環(huán)形電極

電極裝置C為三電極系統(tǒng)，如圖3所示。在試樣的一面放置環(huán)形電極，在對(duì)面放置不小于相應(yīng)的測(cè)量電極尺寸的保護(hù)電極。可在試樣條件處理前，粘合電極(見5.6.4)。

說(shuō)明：

1—試樣；

2—電極1；

3—測(cè)量區(qū)域；
4—電極2；

5—電極3（保護(hù)電極）；

圖 3  電極裝置C

除非另有規(guī)定，否則可使用其他任何尺寸的電極。表1給出了典型的電極尺寸。對(duì)于比較測(cè)量，推薦使用表1中的電極C1。

表1 電極裝置C的典型電極尺寸                          單位為毫米

對(duì)于電極裝置C,表面電阻應(yīng)在電極1和電極2之間被測(cè)量，電極3應(yīng)接地。

對(duì)于電導(dǎo)率很小且厚度可能小于或等于10m的薄膜材料，應(yīng)注意保證電流表的輸入電阻明顯小于被測(cè)量樣的體積電阻。

5.3.7  電極裝置D線電極

電極裝置D應(yīng)包含兩個(gè)粘合的線電極，沒(méi)有保護(hù)電極。該類電極的長(zhǎng)度和電極間距與電極裝置A相同。

因此，電極裝置D應(yīng)由兩個(gè)平行的寬度為1.5mm、長(zhǎng)度為(100±1)mm、間距為(10±0.5)mm的線電極組成，例如導(dǎo)電銀?？稍谠嚇訔l件處理前，安裝電極。應(yīng)按照兩電極系統(tǒng)連接測(cè)量電路（見圖2)。

5.3.8  電極裝置E—小板試樣用線電極

電極裝置E是三電極系統(tǒng)，應(yīng)由兩個(gè)平行的寬度為1mm~2mm、長(zhǎng)度為(50±1)mm、間距為(5±0.5)mm的線電極組成，例如導(dǎo)電銀。

試樣的另外一面放置保護(hù)電極，其尺寸不小于相應(yīng)測(cè)量電極所覆蓋試樣的面積?？稍谠嚇訔l件處理前，安裝電極。應(yīng)按照三電極系統(tǒng)連接試驗(yàn)電路，見圖4b)。

注：當(dāng)試樣為1SO 10350規(guī)定的寬度和長(zhǎng)度均大于或等于60mm的小板材時(shí)，推薦使用電極裝置E。

5.4  試驗(yàn)電路

根據(jù)所選擇的電極裝置，應(yīng)執(zhí)行兩電極或三電極測(cè)量系統(tǒng)，見圖4。

對(duì)于環(huán)形電極(電極裝置C)和線電極E,應(yīng)采用接地保護(hù)三電極測(cè)量電路。

對(duì)于其他線電極裝置(電極裝置A、電極裝置B和電極裝置D),應(yīng)采用兩電極測(cè)量電路。

說(shuō)明：

a—電壓源；

b—電壓表；

c—電流表；

d—電極1；

e—電極2(屏蔽極)；

f—電極3(屏蔽極)；

g—試樣。

圖 4   兩電極和三電極系統(tǒng)測(cè)量電路連接圖

5.5  校準(zhǔn)

應(yīng)根據(jù)被測(cè)量樣表面電阻的幅值，校準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備。

注：商業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)電阻已可達(dá)100Ω。

5.6  試樣

5.6.1  推薦的試樣尺寸和電極裝置

試樣的尺寸要適用于所選用的電極裝置，幾種產(chǎn)品推薦的適用的電極類型參見附錄A。

5.6.2  試樣制備

試樣的制備和形狀應(yīng)滿足相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)，試樣在制備和移動(dòng)過(guò)程中，材料的狀態(tài)不應(yīng)發(fā)生變化，且在移動(dòng)過(guò)程中不應(yīng)發(fā)生損壞。

如試樣表面接觸測(cè)量電極的部分是機(jī)械加工而得，應(yīng)在測(cè)量報(bào)告中記錄機(jī)加工的類型。試樣應(yīng)具有簡(jiǎn)單的幾何形狀(如平行測(cè)量區(qū)域的圓盤、圓柱體等)。

如可能，試樣厚度應(yīng)與產(chǎn)品厚度相同。

5.6.3  試樣數(shù)量

被測(cè)試樣數(shù)量應(yīng)符合相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，如沒(méi)有相關(guān)要求，則最少應(yīng)采用三個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)。

5.6.4  電極應(yīng)用

當(dāng)使用貼附電極(電極裝置B、電極裝置C、電極裝置D和電極裝置E)時(shí)，應(yīng)選擇一個(gè)合適的區(qū)域，保證電極*覆蓋在試樣表面，所選電極材料應(yīng)不影響表面電阻值的測(cè)量。

注：導(dǎo)電銀漆和石電極已被證實(shí)適合做電極材料。

5.6.5  試樣的條件處理和預(yù)處理

試樣的條件處理或其他任何形式的預(yù)處理，應(yīng)按照相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

如果沒(méi)有相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)可參考，應(yīng)按照IEC  60212(標(biāo)準(zhǔn)大氣B)在23℃的室溫下和相對(duì)濕度50%下對(duì)試樣進(jìn)行至少4d的條件處理。

如沒(méi)有其他要求，則不應(yīng)對(duì)試樣進(jìn)行清潔。還應(yīng)避免試樣被污染。

5.7  試驗(yàn)步驟

除非另有規(guī)定，否則應(yīng)按照IEC  60212(標(biāo)準(zhǔn)大氣B)在室溫(23℃)、相對(duì)濕度50%下進(jìn)行測(cè)量。

按照5.6.5條件處理和預(yù)處理試樣后，應(yīng)立即接電極與測(cè)量設(shè)備。

在完成條件處理和預(yù)處理后的2min內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行表面電阻Rs讀數(shù)。如沒(méi)有其他規(guī)定，應(yīng)在施加電壓1min后進(jìn)行讀數(shù)。

6  評(píng)價(jià)

6.1  對(duì)于電極裝置A、電極裝置B、電極裝置D和電極裝置E

電極1和電極2之間的各表面電阻，彈簧電極之間的表面電阻(RSA),小型線電極之間的表面電阻(RSB),線電極之間的表面電阻(RSD)及小板試樣線電極之間的表面電阻(RSE)的單位為歐姆(Ω)。

對(duì)于電極裝置A、電極裝置B、電極裝置D和電極裝置E,按照式(1),由測(cè)量的電阻值和已知的電極尺寸，計(jì)算表面電阻率σ。

即使電極尺寸偏離5.3.4、5.3.5、5.3.7和5.3.8中規(guī)定的尺寸，也可按式(1)式計(jì)算表面電阻率：
σ_Y=R_SY                        ..........................（1）

式中：

—線電極長(zhǎng)度；

g—線之間的距離（間距）；

R_SY—A類、B類、D類或E類電極裝置測(cè)量的讀數(shù)。

各類電極測(cè)量的表面電阻不能進(jìn)行比較，應(yīng)給出不同測(cè)量值所對(duì)應(yīng)的電極類型。

6.2  對(duì)于電極裝置C

電極1和電極2及地電極3之間的表面電阻，環(huán)形電極之間的表面電阻(R_SC)的單位為歐姆(Ω)

按照式(2),由測(cè)量的電阻值R_SC和已知的電極尺寸(見圖3),計(jì)算表面電阻率σ_C:        

σ_C=  ..........................（1）

式中：

d₁—內(nèi)電極外直徑；

d₂一外電極內(nèi)直徑。

7  試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：

—電極裝置及尺寸；

—測(cè)量材料的完整描述和標(biāo)識(shí)，包括來(lái)源和制造商代碼；

—試樣形狀和厚度；

—試驗(yàn)電壓；

—如有需要，根據(jù)電阻的測(cè)量值，測(cè)量?jī)x器的精度及檢測(cè)方法；

—材料的固化條件或預(yù)處理；

—試驗(yàn)條件和大氣條件；

—試驗(yàn)用裝置的描述及使用說(shuō)明；

—試樣數(shù)量；

—試驗(yàn)日期；

—報(bào)告表面電阻、表面電阻率的個(gè)別值和中值和；

—試驗(yàn)過(guò)程中的環(huán)境條件；

—其他任何重要的，應(yīng)記錄現(xiàn)象。

8  重復(fù)性和再現(xiàn)性

表面電阻和表面電阻率的測(cè)量受多方面影響，經(jīng)驗(yàn)表明，再現(xiàn)性為50%以上（測(cè)量值）。

重復(fù)性在20%~50%之間。