电体积电阻率测定仪

电体积电阻率测定仪

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

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），在测试仪器和测试设备之间很容易存在寄生阻力

    路径。保护电路可以最小化这些寄生路径的干扰。

  7.2.1 有保护电极——用同轴电缆（其核连到被保护电极上，保护层连到保护电极上）在测试设备和测试试样之间建立保护良好的连接。此处并没有强制使用同

         轴电缆（其保护层连到保护电极上）作为无保护的导线，虽然其使用能减小背景噪声。

  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

的极限和偏差，而是现代设备存在的明显的极限范围。在任何情况下，只有通过仔细的挑选和组合使用仪器设备，才能达到或超越这种极限。必须强调的是，考

虑的误差仅仅是仪表误差。而附录X1中讨论的误差是*不同的。其与后者的联系是，表二的最后一列列出了采用各种方法通过被保护电极和保护系统间绝缘

电阻分流的电阻值。一般说来，该电阻值越小，不适当的分流引起偏差的概率越小。

注解2——不管采用何种测量方法，只有通过仔细分析所有的数据来源和误差，才能获得最高的精度。从电路组成元件出发建立测量方法或者获得*集成的设备都是可行的。一般情

况下，采用高灵敏度电流计的测量方法比采用指示表和记录仪的方法需要更加稳固的安装。采用诸如电压表、电流计、直流放大器和静电计等指示器件的方法需要程度的人工调试，

而且方便读数，但是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 电体积电阻率测定仪-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

那么重要了。在现有的技术手段下，直流电压放大器或静电计的零点漂移不能被消除，但是却可以变得足够慢，这点对于测量过程比较重要。对于设计良好的转

化器型的放大器，零点漂移几乎是不存在的。所以，图X1.2(b)中的无效方法在理论上比采用指示器和提供精确电位计电压的方法误差更小。Rs的误差在一定

程度上取决于放大器的灵敏度。对于给定电流的测量，放大器的灵敏度越高，越有可能低估电阻值，测量过程中可以使用高精度的绕线标准电阻器。这种放大器

可以得到，偏差为±2%的100 GΩ标准电阻也可以获得。如果10mV电压输入放大器和静电计产生的满刻度偏差不超过2%，那么施加500V电压，当电压计达

到满刻度时，测量5000TΩ电阻的最大误差为6%，当电压计达到1/3满刻度时，测量测量5000TΩ电阻的最大误差为10%。

7.5.2.3 比较式检流计计算电阻或电导的最大百分误差由Rs的百分误差、检流计的偏差或放大器读数和电流敏感度独立于偏差的假设总和给出。后面的假定是正确的，在一个良好的、现代检流计（对于一个直流电流放大器而言，1/3刻线的偏向）的有用量程（超过1/10满刻度）范围内误差为2%。

Rs的误差取决于使用电阻器的类型。但是，误差低至0.1%的1MΩ的电阻值也可以测量得到。当检流计和直流放大器在满刻度偏转时灵敏度可达10nA时，

将500V的电压施加到5TΩ的电阻上产生1%的偏差。在此电压下，由于具有前5述的标准电阻以及Fs=10，ds值大约为满刻度偏转的一半，其读数误差不超过

±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。

8、取样参考适用材料规范作为取样的依据。

9、测试试样

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。

12、步骤

12.1 绝缘电阻或电导——在测试箱内正确的安装试样。如果测试箱与条件处理箱是同一个（推荐采用的步骤），试样应该在条件处理之前安装好。使用具有要求灵敏度和精度的一款设备进行测量（见附录X3）。除非另有说明，使用60s的充电时间和施加500±5V的电压。

12.2 体积电阻率或电导率——测量并记录电极尺寸和保护间隙的宽度g。计算电极的有效面积。使用具有要求灵敏度和精度的一款设备测量电阻。除非另有说明，使用60s的充电时间和施加500±5V的直流电压。

12.3 表面电阻或电导：

12.3.1 测量电极尺寸和电极间距g。使用具有要求灵敏度和精度的设备测量1号电极和2号电极间的表面电阻或电导。除非另有说明，使用60s的充电时间和施加500±5V的直流电压。

12.3.2 当使用图3中的电极配置时，P是试样横截面的周长。对于条带类的薄试样，该周长实际上降低至宽度的2倍。

12.3.3 当使用图6中的电极配置时，而且在已知相比于表面电阻（例如湿气污染了良好绝缘材料的表面），体积电阻非常高的情况下，P是电极长度的2倍或圆筒周长的2倍。

13、计算

13.1 用表1中的公式计算体积电阻率ρ和体积电导率γ。

13.2用表1中的公式计算表面电阻率ρ和表面电导率γ。

14、报告

14.1 报告下列所有信息：

14.1.1 材料的描述和标识（名称、等级、颜色、厂商等）。

14.1.2 测试试样的形状和尺寸。

14.1.3 电极类型和尺寸。

14.1.4 试样的条件处理（清理、预干燥、在一定温度和湿度下的时间等等）。

14.1.5 测试条件（测试时试样温度和相对湿度）。

14.1.6 测试方法。

14.1.7 施加电压。

14.1.8 测量的充电时间。

14.1.9 以欧姆为单位的电阻的测量值和以西门子为单位的电导的测量值。

14.1.10 有要求时，以欧姆-厘米为单位的体积电阻率的计算值，以西门子每厘米为单位的体积电导率的计算值，以欧姆每平方为单位的表面电阻率的计算值，以西门子每平方为单位的表面电导率的计算值。

14.1.11 声明报告数值是表观上的还是稳态的。

14.1.11.1 仅当测试过程中，后75%的充电时间中回路中电流大小变化在±5%内，才能得到稳态值。其他情形下的测试，都被认为是表观上的。