您好, 歡迎來(lái)到化工儀器網(wǎng)
絕緣材料體積電阻率測(cè)試儀有哪些不確認(rèn)度
電阻率是表征絕緣材料阻止電流流通能力的參數(shù)，是絕緣特性的基本參數(shù)之一。隨著絕緣材料生產(chǎn)和應(yīng)用的不斷發(fā)展，人們對(duì)電阻率的測(cè)量水平要求日益提高。測(cè)量不確定度是表征合理地賦予被測(cè)量值的分散性、與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，是定量說(shuō)明測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)。測(cè)量不確定度的表示方式有2種：一種是標(biāo)準(zhǔn)不確定度，即用標(biāo)準(zhǔn)(偏)差表示的測(cè)量不確定度；另一種是擴(kuò)展不確定度，它是測(cè)量結(jié)果取值區(qū)間的半寬度，合理賦予被測(cè)量值分布的大部分可望包含于此區(qū)間，通常用合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的倍數(shù)或者說(shuō)明了置信水準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果取值區(qū)間的半寬度表示。文中按照GB/T1410—2016中絕緣材料體積電阻率的測(cè)量原理和過(guò)程，通過(guò)分析其測(cè)量系統(tǒng)中的主要不確定度因素，建立測(cè)量結(jié)果的數(shù)學(xué)模型和不確定度傳播定律，進(jìn)行測(cè)量不確定度的評(píng)定計(jì)算，得到相對(duì)擴(kuò)展不確定度報(bào)告。
1測(cè)量原理和過(guò)程：
體積電阻率ρV是單位體積內(nèi)的體積電阻，體積電阻是絕緣電阻的一個(gè)組成部分，另外一個(gè)是表面電阻。由于表面電阻率在很大程度上決定于材料表面附著的半導(dǎo)電雜質(zhì)和水分，而且在測(cè)量表面電流時(shí)，很難全避免把部分體積電流也測(cè)量在內(nèi)，所以，通常以體積電阻率作為衡量絕緣材料的電性能參數(shù)。
體積電阻率的計(jì)算公式為：
其中，RV是測(cè)得的體積電阻；A是被保護(hù)電極的有效面積，即被測(cè)量物內(nèi)部體積電流流過(guò)的面積；h是試樣的平均厚度。
文中的試驗(yàn)樣品為一種平板型聚氨酯墊片，將其試樣的上下兩面涂抹上適量凡士林，粘貼于所接觸電極的大小形狀相同的鋁箔后，放入屏蔽箱內(nèi)的電極之間，接通高阻計(jì)，對(duì)測(cè)試樣品施加合適的直流電壓和電阻量程，電化1min后讀數(shù)，測(cè)得體積電阻RV=讀數(shù)×106×電阻倍率值KR×電壓倍率值KU。用測(cè)厚儀或者卡尺測(cè)得試樣厚度h。有效面積A用高精度卡尺測(cè)量電極尺寸后計(jì)算得到。最后由式(1)計(jì)算得試樣的體積電阻率ρV。高阻計(jì)測(cè)量體積電阻的方法屬于直流放大法，基本線路如圖1所示。
2試驗(yàn)條件
測(cè)試環(huán)境：(24.0±0.5)℃，(50±)5%R.H.。高阻計(jì)：ZST-121型超高電阻微電流測(cè)試儀，由北京中航時(shí)代儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)。電阻測(cè)量范圍為0~1×1017Ω，測(cè)試電壓可選10、100、250、500和1000V。電極：置于電極屏蔽箱中的三電極體系，中心圓柱(被保護(hù))電極的直徑為50mm，外套圓環(huán)
(保護(hù))電極的外徑為74mm?？ǔ撸喝毡綧AX–CAL電子數(shù)字式卡尺。
3不確定度來(lái)源及評(píng)定方法
導(dǎo)致測(cè)量不確定度的因素大體可分為隨機(jī)效應(yīng)和系統(tǒng)效應(yīng)，就絕緣材料體積電阻率的測(cè)量結(jié)果而言，可包括檢測(cè)人員的讀數(shù)誤差、實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件偏差、樣品的電性能均勻程度等，以及高阻計(jì)自身的誤差、測(cè)試電壓的變化等。通常情況下，固體絕緣材料的電阻率隨溫度升高、濕度增加而減小。濕度增大時(shí),絕緣體因毛細(xì)管的作用，將吸收較多的水分，使電導(dǎo)率增加，降低了絕緣電阻的數(shù)值，尤其對(duì)表面泄漏電流的影響更大。而體積電阻對(duì)溫度改變比較敏感，已有的研究表明，許多高分子材料的體積電阻率隨溫度的上升呈指數(shù)規(guī)律下降。由于文中的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境相對(duì)濕度處于40%~55%范圍內(nèi)，一般在此區(qū)間內(nèi)試樣的體積電阻阻值變化很小；另外，測(cè)量過(guò)程中測(cè)試電壓均恒定在1000V，故認(rèn)為可忽略測(cè)試電壓和濕度這2個(gè)不確定因素。
4測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定
4.1體積電阻RV引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(RV)
4.1.1由測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1(RV)
根據(jù)貝塞爾法，輸入量Xi的最佳估計(jì)值xi為ni次測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值，即
估計(jì)值xi的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
測(cè)量的試樣為4塊表面平整、直徑在80mm左右的圓片。保持實(shí)驗(yàn)室環(huán)境穩(wěn)定，對(duì)每一塊試樣的體積電阻分別進(jìn)行了10次獨(dú)立測(cè)量，每次測(cè)量都按操作規(guī)程重新調(diào)零和調(diào)滿度。對(duì)測(cè)試結(jié)果按上述公式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表1。取相對(duì)不確定度u1r(RV)=1.0029%，自由度v=9。
表1體積電阻的重復(fù)性測(cè)量結(jié)果及其不確定度計(jì)算結(jié)果
4.1.2高阻計(jì)自身誤差所引起的不確定度u2(RV)
高阻計(jì)屬于多量程儀表，不同量程允許有不同的準(zhǔn)確度等級(jí)。實(shí)驗(yàn)中使用的ZST-121型絕緣材料體積表面電阻率測(cè)試儀，在穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和工作條件下，對(duì)于同一樣品，電壓倍率值KU和電阻倍率值KR一般保持不變。在樣品所在的KR=104的量程下，儀器的準(zhǔn)確度等級(jí)為5，對(duì)應(yīng)的極限相對(duì)誤差為±5%，并服從均勻分布。由儀器示值誤差所引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度可用B類方法來(lái)評(píng)定。
4.1.3樣品電性能不均勻引入的不確定度u(δρS)
將A、B、C、D這4塊試樣的體積電阻RV以及厚度h各自10次測(cè)量結(jié)果的平均值，代入式(1)計(jì)算體積電阻率，按照前述取電極有效面積A=21.5cm2。計(jì)算得到的4個(gè)結(jié)果與樣品測(cè)試結(jié)果(平均值)的比例值即δρS，可以反映樣品均勻性。同前述RV的計(jì)算方法對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定，結(jié)果見(jiàn)表3。則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度即標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(δρS)=0.0882%，自由度v=3。
5結(jié)論
測(cè)量不確定度報(bào)告：聚氨酯絕緣墊片體積電阻率測(cè)定的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel=6.040%(Urel由相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度ucrel=3.077%，及基于自由度veff=796、置信水準(zhǔn)p=95%的t分布臨界值所得的包含因子k=1.963而得)。
綜上所述，影響體積電阻率總不確定度的最大因素有2個(gè)：首先是高阻計(jì)的測(cè)量精度引起的不確定度u2(RV)，其次是體積電阻RV測(cè)量不重復(fù)帶來(lái)的不確定度u1(RV)。另外由樣品電性能不均勻性引起的不確定度u(δρS)也相對(duì)較大。所以要減小體積電阻率的測(cè)量不確定度，最重要的是提高高阻計(jì)的測(cè)量精度。而對(duì)于由環(huán)境條件引入的不確定度，經(jīng)文中粗略計(jì)算的結(jié)果顯示其值相對(duì)較小。