溶液电阻率测试仪

溶液电阻率测试仪

该标准发布在名为D 257的标准文件中；紧跟标准文件名称后的数字表示最初采用的年

份，对于修订版本而言，表示最近一次修订的年份。括号里的数字表示最近一次通过审批的

年份，上标ε表示自从最后一次修订或通过审批以来的编辑性的修改。

1、适用范围

1.1这些测试方法涵盖了直流绝缘电阻率、体积电阻率和表面电阻率的测量步骤。通过试样、电极的几何尺寸和这些测量方法可以计算得到电绝缘材料的

  体积和表面电阻，同时也可以计算得到相应的电导率和电导。

1.2这些测试方法不适用测量适度导电的材料的电阻和电导。采用测试方法D4496来表征这类材料。

1.3这个标准描述了测量电阻或电导的几种可替换的方法。某种材料的测试方法是采用适用于该材料的标准ASTM测试方法，而且这种标准测试方法

    定义了电压应力的极限值和有限的通电时间，以及试样的外形和电极的几何形状。这些单个的测试方法能更好的表示出结果的精度和偏差。

1.4测试步骤出现在下列部分中：测试方法或步骤部分

1.5 这个标准并没有列出与其应用相关的所有安全方面的考虑。使用该标准的用户需要建立适当安全、健康的操作规范和确立使用前监管限制的适用范围。

2、溶液电阻率测试仪-参考文件

2.1 ASTM标准

D6054 处理测试用电绝缘材料的方法

E104 通过水溶液保持恒定的相对湿度的做法

3、术语

3.1 定义——下列定义来自于术语D1711中，并被应用到本标准所使用的术语中。

3.1.1 电导，绝缘，n——两电极之间（或试样中）总的体积和表面电流与两电极间直流电压之比。

3.1.1.1 讨论——绝缘体的电导是其电阻的倒数。

3.1.2 电导，表面，n——两电极间（试样表面）的电流与两电极间的直流电压之比。

3.1.2.1 讨论——（一些体积电导不可避免的包含在实际的测量中）表面电导是表面电阻的倒数。

3.1.3 电导，体积，n——两电极间试样体积范围内的电流与两电极间直流电压之比。

3.1.3.1 讨论——体积电导是体积电阻的倒数。

3.1.4 电导率，表面，n——表面电导乘以试样的表面尺寸比（电极间的距离除以电极的宽度，这规定了电流路径），如果两电极位于正方形材料的对边上，表面

电导率在数值上等于两电极间的表面电导。

3.1.4.1 讨论——表面电导率用西门子来表示，通常为西门子/平方（正方形材料的尺寸与材料属无关）。表面电导率是表面电阻率的倒数。

3.1.5 电导率，体积，n——体积电导乘以试样的体积尺寸比（电极间的距离除以电极的截面积），如果电极位于单位立方体相对的面上，体积电导率在数值上等于两电极间的

体积电导。

3.1.5.1 讨论——体积电导率的单位是S/cm或S/m，体积电导率是体积电阻率的倒数。

3.1.6 适度导电，adj——描述体积电阻率在1到10000000Ω-cm的固体材料。

3.1.7 电阻，绝缘，R，n——施加在两电极间（或在试样上）的直流电压与它们i之间的总体积和表面电流之比。

3.1.7.1 讨论——绝缘电阻是绝缘电导的倒数。

3.1.8 电阻，表面，R，n——施加在两电极间（试样表面）的直流电压与它们之s间的电流之比。

3.1.8.1 讨论——（一些体积电阻不可避免的包含在实际的测量结果中）表面电阻是表面电导的倒数。

3.1.9 电阻，体积，Rv，n——施加在两电极间（或在试样中）的直流电压与它们之间的试样中的电流之比。

3.1.9.1 讨论——体积电阻是体积电导的倒数。

3.1.10 电阻率，表面，ρs，n——表面电阻乘以试样的表面尺寸比（电极宽度除以电极间的距离，规定了电流路径），如果两电极位于正方形材料的对边上，表

面电阻率在数值上等于两电极间的表面电阻。

3.1.10.1 讨论——表面电阻率用欧姆表示，通常为欧姆/平方（正方形材料的尺寸与材料属无关）。表面电阻率是表面电导率的倒数。

3.1.11 电阻率，体积，ρv，n——体积电阻乘以试样的体积尺寸比（两电极间试样的截面积除以电极间的距离），如果电极位于单位立方体相对的面上，体积电

阻率在数值上等于两电极间的体积电阻。

3.1.11.1 体积电阻率的常用单位是Ω-cm或Ω-m。体积电阻率是体积电导率的倒数。

5.1 绝缘材料被用来隔绝电气系统中的部件和将部件与地隔绝，同时也为部件提供力学支撑。为了达到这个目的，希望部件的绝缘电阻在与可承受的力学、化学

和耐热性一致的前提下能够尽可能的高。由于绝缘电阻或电导包含了体积和表面电阻或电导，当试样与电极与其实际使用过程中的形状相同时，测量值最为有用。

表面电阻或电导随湿度变化很快，然而体积电阻或电导却变化很慢，尽管体积电阻或电导最终的变化可能更大。

5.2 电阻率或电导率能用来间接预测一些材料的低频介质击穿和介质损耗角，电阻率和电导率经常被用来间接地表征含水量、固化度、机械连接和各种类型的材

料退化。这些间接测量的有效性取决于理论或实验研究相关联的程度。表面电阻的下降可能导致电介质击穿电压的升高，因为电场强度降低了，或者导致电介质

击穿电压的降低，因为应力作用的面积减小了。

5.3 所有的绝缘电阻或电导取决于充电时间和施加的电压值（平常的环境变量除外）。这点必须清楚的知道，才能保证电阻和电导的测量值有意义。在电气绝缘

材料行业内，表观电阻通常指任意充电时间下得到的电阻值。

5.4 体积电阻率或电导率可以从电阻和尺寸数据中计算得到，这有助于设计具体应用中的绝缘体。电阻率或电导率随温度和湿度的变化可能很大，而且为具体工

作条件设计时，必须注意这点。体积电阻率和电导率的测定经常用来检查绝缘材料与其工艺相关的均匀性，或者用来检测影响材料质量而又不容易被其他方法检

测到的导电杂质。

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5.5 在一般实验条件下，如果通过试样上测得的数据计算出的电阻率高于1019Ω·cm（10Ω·m），那么该结果的有效性是值得怀疑的，因为常用的测试设备

是有局限性的。

5.6 表面电阻和电导不能被精确测量，只能得到近似值，因为一些体积电阻和电导始终包含在测量结果中。表面电阻和电导的测量值也会受到表面污染的影响。

表面污染及其积累速率受到很多因素的影响，包括静电和界面张力。这些可能影响表面电阻率。当涉及到污染时，我们认为表面电阻率或电导率与材料属性有关，

但是在通常意义上表面电阻率或电导率不是电绝缘材料的一种材料属性。

7、仪器设备的选择和测试方法

7.1 电源——需要稳定的直流电压。经证实，电池或其他的稳定直流电压适合使用。

7.2 保护电路——不论是用两个电极（没有保护）测量绝缘材料的电阻或是用三端系统（两个电极加上保护），都需要考虑测试仪器和测试试样之间的电气连接。

    如果测试试样离测试仪器有一段距离，或测试试样在潮湿环境下测试，或试样的1015电阻相对较高（10-10欧姆），在

  7.2.2 无保护电极——用同轴电缆，其核连到一个电极上，保护层距离连核导线的终点约1cm左右

7.3 直接测量——用任何具有所需灵敏度和精度（通常10%足够）的设备都可以测量固定电压下通过试样的电流。有效的测量电流的设备包括静电计、带指示表

   的直流放大器以及电流计。附录X3中给出了典型的测量方法和电路。如果测试设备的刻度直接以欧姆为单位，测量电阻将不需要通过计算。

7.4 对比法——可能会使用惠斯特通桥回路来对比试样和标准电阻器的电阻。

7.5 精度和偏差的考量：

7.5.1通用——作为一项仪器选择的指南，相关的注意事项已总结列出在表二中，但这并不意味着所举例子是合适的选择。该表无意指出各种方法本身灵敏度

实验人员需要在某一特定时间读数。惠斯通电桥和电位计方法要求实验人员在保持平衡时聚精会神，但是特定时间的设置可以再空余

时间读取。

7.5.2 直接测量：

7.5.2.1 电流计-电压计通过电流-电压法测量电阻的最大误差百分率是电流计指示、电流计易读性和电压计指示的误差百分率的总和。例如：对于灵敏度为每刻

度500pA的电流计，将500V的电压施加到40GΩ（电导25pS）的电阻上时，电流计将偏离25个刻度线。如果该偏差能读到最近的0.5个刻线，而且标定误差是观测值的

±2%，合成的电流计误差不会超过±4%。如果电压表的误差是满刻度的±2%，电压表的读数达到满刻度时，测量电阻的最大误差是±6%，当电压表的读数达

到满刻度的1/3时，测量电阻的最大误差是±10%。满刻度附近读数的吸引力是显而易见的。

7.5.2.2 电压计-电流计计算值中最大的误差百分率是电压Vx、Vs和电阻Rs误差百分率的总和。Vs和Rs的误差一般更加取决于使用设备的特征而不是具体的测

试方法。决定Vs误差的最重要因素是指示误差、放大器零点漂移以及放大器增益的稳定性。当拥有现代设计良好的放大器或静电计，增益稳定性通常就显得不

±1%。如果dx大约是满刻度偏转的1/4，其读数误差不会超过±4%，可以测量200GΩ量级的电阻，且最大偏差不超过±5.5%。7.5.2.4 电压变化率

测试结果的精确度直接与施加电压的测量的精度和静电计读数随时间的变化率成正比，静电计开关开启的时间以及所采用的刻度范围应使时间能精确测定

和得到满刻度读数。在这些条件下，精度能与其他测量电流的方法相比。

7.5.2.5 比较电桥——当探测器具有足够的灵敏度，计算电阻的最大百分误差是电桥各臂A、B和N百分误差的总和。当探测器的灵敏度是1mV每刻度线时，在

电桥上施加500V的电压，R=1GΩ，1000TΩ的电阻将会产生1刻度线的检测偏N差。假设忽略误差R和R，R=1GΩ，且其偏差为±2%，电桥与探测器的刻度

ABN线相称，此时可以测量100TΩ的电阻，且最大偏差为±6%。

7.6 许多制造商都能提供满足这种方法要求的组件或专用系统，可以参考已经提供仪器信息的系列公司的设备数据库。

9.1 绝缘电阻或电导的测定

9.1.1 当试样在实际使用中具有外形、电极和装配的要求时，测量取最大值。套管、电缆和电容器是一组典型的例子，测试电极作为试样的一部分以及试样正确

安装的方式。

9.1.2 对于固体材料，测试试样可能是任何实用的形式。最长使用的试样是平板、带、棒和管。图2中的电极配置可用于平板、棒、或内径超过20mm的硬管。图

3中的电极配置可用于片状材料的条或韧性的带。对于刚性的条状试样，可能不需要金属支撑。图6中的电极配置可用于平板、棒或管。用不同的电极配置比较材料经常是没有确切结果的，而且也是应该避免的。

隙宽度应该足够大，这样才不至于由于两电极间的表面渗漏引起测量过程的误差这对于诸如静电计之类的高输入阻抗仪器尤其重要）。如果间隙是试样厚度的两倍，如9.3.3中所提及的那样，以便于试样可以用来测定表面电阻和表面电导，

由于电极延伸到间隙的中心，可以精确地测定1号电极的有效面积。如果在特殊条件下，需要更精确的测定1号电极的有效面积，通过附录X2可以获得间隙宽

度的修正值。3号电极可以具有任意形状，使其所有点至少离2号电极的内边缘的距离至少为试样厚度的2倍。

9.2.4 对于管状试样，1号电极应包围试样外侧，而且其轴线长度至少是试样壁厚的4倍。关于间隙宽度的注意事项与9.2.3中所述一样。2号电极由管状试样两端

的环绕电极组成，这两部分通过外部电路连接。这些部分的轴向长度至少应是试样壁厚的2倍。3号电极必须覆盖试样的内表面，轴向长度必须超过间隙外侧边

缘至少2个试样壁厚，管状试样可能采取绝缘线的形状或者电缆的形状。如果电极长度超出试样厚度的100倍，被保护电极的端部效应可以忽略不计，而

且也不需要精确控制保护电极之间的间距。因此，当水作为1号电极时，1号电极和2号电极之间的间距可能只有几厘米，使电极之间存在足够的表面电阻。在

这种情况下，没有对间隙宽度做修正。

9.3 表面电阻或电导的测定

9.3.1 测试试样可以具有任何实际的形状，与具体物体相一致，例如平板、带或管。

9.3.2配置是为体积电阻与其表面高度相关的试样所设计的。然而，对于刚性带而言，模塑和机械加工表面的组合一般使得到的结果不具有确定性。

当应用于宽度远大于厚度的试样时，图3的配置更加令人满意，因为切割边缘效应更小。因此，这种配置更适合于测试条带之类的薄试样，而不是测试相对较厚

的试样。若没有考虑到前文所述的局限性，图2和图3的配置不能用来测定表面电阻和电导。

9.3.3三电极配置可用于材料对比。1号电极和2号电极间的表面间隙的电阻或电导可通过采用1号电极作被保护电极、2号电极作保护电极

和3号电极作未保护电极直接测定得到。如此测定得到的电阻或电导实际上是1号电极和2号电极间表面电阻或电导与两电极间的一些体积电阻或电导并联的

结果。对于这种配置，除薄试样的表面间隙宽度g比材料厚度的2倍大得多外，g一般约为试样厚度的2倍。

9.3.4 超薄试样具有非常低的体积电阻率以至于被保护电极和保护体系间的低电阻会引起过大的误差，因此可能需要特殊的技术手段和试样尺寸。

9.4 液体绝缘电阻——液体绝缘材料的取样、测试电池的选取和清理电池的方法都应该与测试方法D1169保持一致。

11、表面清理

11.1 按D6054中的做法处理试样。

11.2 循环空气测试箱或E104、D5032中描述的方法对于控制相对湿度十分有用。

的关系，玻尔兹曼原理是处理大量微小颗粒在热扰动下能量的统计分布的一般性原理。活化常数m是特定能量吸收过程的特征值，数

个这种过程可能同时存在于材料中，每一个都有不同的有效温度范围，因此需要几个m值来充分表征该材料。这些m值可以通过绘制电阻的自然对数与绝对温

度的倒数的曲线来得到，通过测量图形直线部分的斜率可得到所需的m值。这源于式X1.1，对其边取自然对数得到：LnR=LnB+m/T (X1.2)

电阻或电阻率的变化对应于绝对温度从T这些公式在一温度范围内有效，而且材料在此温度范围内不经历转变。由于转变

很少是明显的或者可预测的，因此，外推法很少是可靠的。作为一个推论，R的对数对1/T的图形偏离直线就是转变发生的证据。而且，在进行材料对比时，有

必要对所有材料感兴趣的方面进行测量。