ZST-212【表面/電阻和表面電阻率測定儀】主要技術參數

1.電阻測量范圍：1×10⁵～1×10¹⁶ Ω

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

3.測試電壓：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方法。

2   規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是的。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前和試驗時采用的標準條件（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  術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

電極裝置 electrode arrangemen

與被測量樣表面相接觸的導體裝置。

注：電極的放置宜確保與材料表面充分接觸(例如，可通過導電涂料粘貼)，和/或施加一定機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，通常用具有尖角的彈簧結構，具有一定間隙的兩個平行金屬刀刃電極。

3.3

線電極 line electrodes

應用于被測材料表面，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定義的保護電極的形狀相似，在測量表面電阻時，環(huán)形電極不再作為保護電極，

保護功能由下電極來實現。

3.5

測量電阻 measured resistance

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

注1：電極系統常用于在測量電阻過程中避免產生體積電流。

注2: Wheatstone電橋常用于被測電阻與標準電阻進行比較，目前此類電橋已較少使用。

注3:根據IEC60050-121中的規(guī)定，“電導率”被定義為標量或張量，它與電場強度的乘積是電流密度；“電阻率”是“電導率”的倒數。以這種方法測得的表面電阻率是電阻率的平均值，這些電阻在測量的范圍內可能很不均

勻，并包含電極上可能產生的極化現象而對測量產生的影響。

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:在進行電阻測量時，表面電阻還包含材料內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)形電極系統的內圓區(qū)和外圓環(huán)電極之間所測得的電阻

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準單位Ω表示，通過計算特定值以表明該電極尺寸已被考慮在內。

注3:僅在電極尺寸相同時，可進行材料比對，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的各部分組件相互絕緣和對地絕緣。固體絕緣材料還起到機械支撐的作用。對于這些用途，一般期望材料具有盡可能高的絕緣電阻，包括具有得到認可的機械性能、化學和耐熱性能。

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

表面電阻不僅可提供材料或產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，表面電阻不是一個材料的主要特性。表面電阻主要取決于工藝參數、環(huán)境條件、表面的老化現象和污染等。對于特定的應用要求，可優(yōu)先選取不同的電極裝置。

5  試驗方法

5.1  概述

通用方法適用于各類材料的測量。對于一個特定類型的材料，應使用本部分規(guī)定的特定的試驗方法。

根據特定的測量要求和產品的需求來選擇不同類型的電極。對于表面形狀彎曲的材料，建議選用小型線電極。彈簧電極可在產品上施加較小的應力而進行測量，且對于在測量前應進行條件處理的材料是最佳適用的電極。如果產品標準未規(guī)定，則應依據典型應用選擇電極裝置。

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

如果沒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

試驗電壓應推薦為10V、100V、500V、1000V和10000V。

其他電壓可能也適用，如無其他規(guī)定，應采用100V電壓。

注1:超過規(guī)定的起始電壓會引起局部放電，可能導致測量產生誤差。若在空氣中進行試驗時，試驗電壓低于340V,不會引起局部放電。

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

5.3  設備

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生的影響，如試驗裝置支撐或電線屏蔽層的電阻。

當被測電阻大于1010Ω時，為減小測量誤差，應對測量線路施加屏蔽，把測量裝置放于屏蔽箱內。

各種電極裝置均可用于表面電阻和表面電阻率的測量，但測量結果與電極類型密切相關。

3.2精確度

可采用任何合適的設備。測量電阻的精度至少應為：

—電阻低于10¹⁰Ω,測量誤差不大于±10%；

—電阻在10¹⁰Ω~10¹⁴Ω之間，測量誤差不大于±20%；

—電阻高于10¹⁴Ω,測量誤差不大于±50%。

5.3.3電壓源

所施加電壓源應為穩(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由兩個長度為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無保護電極。金屬刀刃電極應包括兩個相鄰間隔為0.3mm、厚度為0.3mm、長度不超過5mm的彈簧裝置。接觸力應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

說明：

1—導桿（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應由兩個線電極粘附而成，沒有保護電極，因此，應使用兩個平行的寬度為1.5mm、長度為25mm、電極間距為2mm的線電極，例如導電銀。應在試樣條件處理前安裝電極裝置。應按照兩電極系統連接測量電路(見圖2)。

說明：

1—支撐桿；

2—導桿；

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，如圖3所示。在試樣的一面放置環(huán)形電極，在對面放置不小于相應的測量電極尺寸的保護電極。可在試樣條件處理前，粘合電極(見5.6.4)。

說明：

1—試樣；

2—電極1；

3—測量區(qū)域；
4—電極2；

5—電極3（保護電極）；

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。對于比較測量，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

對于電極裝置C,表面電阻應在電極1和電極2之間被測量，電極3應接地。

對于電導率很小且厚度可能小于或等于10m的薄膜材料，應注意保證電流表的輸入電阻明顯小于被測量樣的體積電阻。

5.3.7  電極裝置D線電極

電極裝置D應包含兩個粘合的線電極，沒有保護電極。該類電極的長度和電極間距與電極裝置A相同。

因此，電極裝置D應由兩個平行的寬度為1.5mm、長度為(100±1)mm、間距為(10±0.5)mm的線電極組成，例如導電銀?？稍谠嚇訔l件處理前，安裝電極。應按照兩電極系統連接測量電路（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，應由兩個平行的寬度為1mm~2mm、長度為(50±1)mm、間距為(5±0.5)mm的線電極組成，例如導電銀。

試樣的另外一面放置保護電極，其尺寸不小于相應測量電極所覆蓋試樣的面積?？稍谠嚇訔l件處理前，安裝電極。應按照三電極系統連接試驗電路，見圖4b)。

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

5.4  試驗電路

根據所選擇的電極裝置，應執(zhí)行兩電極或三電極測量系統，見圖4。

對于環(huán)形電極(電極裝置C)和線電極E,應采用接地保護三電極測量電路。

對于其他線電極裝置(電極裝置A、電極裝置B和電極裝置D),應采用兩電極測量電路。

說明：

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測量電路連接圖

5.5  校準

應根據被測量樣表面電阻的幅值，校準測量設備。

注：商業(yè)用標準電阻已可達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滿足相關材料標準，試樣在制備和移動過程中，材料的狀態(tài)不應發(fā)生變化，且在移動過程中不應發(fā)生損壞。

如試樣表面接觸測量電極的部分是機械加工而得，應在測量報告中記錄機加工的類型。試樣應具有簡單的幾何形狀(如平行測量區(qū)域的圓盤、圓柱體等)。

如可能，試樣厚度應與產品厚度相同。

5.6.3  試樣數量

被測試樣數量應符合相關的產品標準的要求，如沒有相關要求，則最少應采用三個試樣進行試驗。

5.6.4  電極應用

當使用貼附電極(電極裝置B、電極裝置C、電極裝置D和電極裝置E)時，應選擇一個合適的區(qū)域，保證電極*覆蓋在試樣表面，所選電極材料應不影響表面電阻值的測量。

注：導電銀漆和石電極已被證實適合做電極材料。

5.6.5  試樣的條件處理和預處理

試樣的條件處理或其他任何形式的預處理，應按照相關的產品標準進行。

如果沒有相應的產品標準可參考，應按照IEC  60212(標準大氣B)在23℃的室溫下和相對濕度50%下對試樣進行至少4d的條件處理。

如沒有其他要求，則不應對試樣進行清潔。還應避免試樣被污染。

5.7  試驗步驟

除非另有規(guī)定，否則應按照IEC  60212(標準大氣B)在室溫(23℃)、相對濕度50%下進行測量。

按照5.6.5條件處理和預處理試樣后，應立即接電極與測量設備。

在完成條件處理和預處理后的2min內，應進行表面電阻Rs讀數。如沒有其他規(guī)定，應在施加電壓1min后進行讀數。

6  評價

6.1  對于電極裝置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),由測量的電阻值和已知的電極尺寸，計算表面電阻率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)式計算表面電阻率：
σ_Y=R_SY                        ..........................（1）

式中：

—線電極長度；

g—線之間的距離（間距）；

R_SY—A類、B類、D類或E類電極裝置測量的讀數。

各類電極測量的表面電阻不能進行比較，應給出不同測量值所對應的電極類型。

6.2  對于電極裝置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),由測量的電阻值R_SC和已知的電極尺寸(見圖3),計算表面電阻率σ_C:        

σ_C=  ..........................（1）

式中：

d₁—內電極外直徑；

d₂一外電極內直徑。

7  試驗報告

試驗報告應包括：

—電極裝置及尺寸；

—測量材料的完整描述和標識，包括來源和制造商代碼；

—試樣形狀和厚度；

—試驗電壓；

—如有需要，根據電阻的測量值，測量儀器的精度及檢測方法；

—材料的固化條件或預處理；

—試驗條件和大氣條件；

—試驗用裝置的描述及使用說明；

—試樣數量；

—試驗日期；

—報告表面電阻、表面電阻率的個別值和中值和；

—試驗過程中的環(huán)境條件；

—其他任何重要的，應記錄現象。

8  重復性和再現性

表面電阻和表面電阻率的測量受多方面影響，經驗表明，再現性為50%以上（測量值）。

重復性在20%~50%之間。