GB31838表面電阻率測定儀技術(shù)參數(shù)

GB31838表面電阻率測定儀測試標準：

GB/T 31838.3-2019/IEC 62631-3-2:2015

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。

3  術(shù)語和定義

下列術(shù)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(tǒng)，通常用具有尖角的彈簧結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(xiàn)。

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(tǒng)常用于在測量電阻過程中避免產(chǎn)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(jù)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(shù)。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(nèi)可能很不均

勻，并包含電極上可能產(chǎn)生的極化現(xiàn)象而對測量產(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(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(tǒng)的內(nèi)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(nèi)。

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(tǒng)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(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(yīng)使用本部分規(guī)定的特定的試驗方法。

根據(jù)特定的測量要求和產(chǎn)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(chǎn)品上施加較小的應(yīng)力而進行測量，且對于在測量前應(yīng)進行條件處理的材料是最佳適用的電極。如果產(chǎn)品標準未規(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(yīng)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(yīng)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(chǎn)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(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(yīng)對測量線路施加屏蔽，把測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量，但測量結(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。測量電阻的精度至少應(yīng)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(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(yīng)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(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(yīng)由兩個線電極粘附而成，沒有保護電極，因此，應(yīng)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(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(tǒng)，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(yīng)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(yīng)在電極1和電極2之間被測量，電極3應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)按照兩電極系統(tǒng)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(tǒng)，應(yīng)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(yīng)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(yīng)按照三電極系統(tǒng)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(jù)所選擇的電極裝置，應(yīng)執(zhí)行兩電極或三電極測量系統(tǒng)，見圖4。

對于環(huán)形電極(電極裝置C)和線電極E,應(yīng)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(yīng)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(tǒng)測量電路連接圖

5.5  校準

應(yīng)根據(jù)被測量樣表面電阻的幅值，校準測量設(shè)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(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)材料標準，試樣在制備和移動過程中，材料的狀態(tài)不應(yīng)發(fā)生變化，且在移動過程中不應(yīng)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(yīng)在測量報告中記錄機加工的類型。試樣應(yīng)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(yīng)與產(chǎn)品厚度相同。

5.6.3  試樣數(shù)量

被測試樣數(shù)量應(yīng)符合相關(guān)的產(chǎn)品標準的要求，如沒有相關(guān)要求，則最少應(yīng)采用三個試樣進行試驗。

5.6.4  電極應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)按照相關(guān)的產(chǎn)品標準進行。

如果沒有相應(yīng)的產(chǎn)品標準可參考，應(yīng)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(yīng)對試樣進行清潔。還應(yīng)避免試樣被污染。

5.7  試驗步驟

除非另有規(guī)定，否則應(yīng)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(yīng)立即接電極與測量設(shè)備。

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