塞贝克电阻率测试仪

塞贝克电阻率测试仪

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、塞贝克电阻率测试仪-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

6.1.3 具有商业应用的银漆（图4，图5和图6）具有很高的导电性，不论是空气干燥还是低温干燥的品种都具有能让水气渗透通过的多孔结构，因此施加电极后

       能对测试试样进行特定的条件处理。在研究电阻受湿度的影响和随温度的变化方面，这是一项非常有用的特征。然而，在使用导电涂料作为电极材料之前，必须

       确保涂料中的溶剂不会腐蚀材料，从而改变它的电气性质。配置好的刚毛刷可能会使保护电极获得相当平滑的边缘。然而，对于圆形电极，刻线圆盘和画电极轮

       廓线的银漆以及刷子包围区域的填料的使用使保护电极的边缘更加锋利。测试时可能会使用到一条窄的屏蔽胶带，避免了使用的压敏胶合剂污染试样表面。如果

       电极漆是喷射在上面的，可能还会使用到夹紧的外罩。

6.1.4 如果喷镀金属能与测试试样之间形成良好的粘接，测试时可能会使用它）。薄喷电极在能尽快投入使用方面具有一些优势，其多孔结构可

       能使试样能进行调整处理，但这点需要证实。必须使用窄带胶带或夹紧外罩使保护和被保护电极之间产生一条缝隙，使用不污染缝隙表面的胶带。

6.1.5 蒸发金属可能使用在与6.1.4中相同的条件下。

6.1.6 金属箔可能会被应用到试样表面作电极。用于电介质电阻或电导研究的金属箔的一般厚度是6-80μm。铅箔和锡箔最为常用，而且经常使用最少量

       的凡士林、硅油、油或其他合适的粘接材料将其粘接在测试试样上。这种电极在应用时需要通过足够平顺的压力消除所有的褶皱，而且在箔纸边缘多出的胶粘剂可以通过拭

       擦纸清理干净。一种非常有效的方法是用一个又硬又窄的滚筒（10-15mm宽）在表面向外滚动，直到滚筒在试样上没有留下明显的痕迹。该技术仅在具有平坦平

       面的试样上才能取得满意的效果。谨慎操作可使胶粘剂的膜厚减小到2.5μm。由于薄膜与试样串联，这将导致测量电阻过高。这个误差对于厚度小于250μm的

       低电阻率试样可能过大。硬滚筒也可以将尖锐颗粒压进或穿过薄膜（50μm）。箔电极不具有孔隙结构，因此使用该电极将不会导致测试试样受环境影响。在温度

      上升时，胶粘剂可能会失去其有效性，这就迫切需要使用备份金属平板。在合适的切割机的帮助下，可以从电极上切下一适当宽度的窄条形成保护电极和被保护

      电极。这种三端试样一般不能用来进行表面电阻和电导测量，因为油脂仍然残留在缝隙表面。想要在不影响电极邻近的边缘的前提下清理整个缝隙的表面是非常

      困难的。

6.1.7 可以将分散在水或其他合适介质中的胶体石墨（图4）刷在无孔的薄片绝缘材料上形成风干的电极。可能会用到屏蔽胶带和夹紧的外罩（6.1.4）。这种电极

       材料的使用需要满足下列所有条件：

         电极的布置导致有效的电极区域和电极间距很难测量，每个电池常数K（与表一中的A/t因子等价）都能从下面的等式中获得：K=3.6πC=11.3C （1）

其中：K的单位是厘米C的单位是微微法拉，表示以空气为电介质的电极系统的电容，C的测试

符号：

A=采用特定布置下，测量电极的有效面积。

P=采用特定布置下，被保护电极的有效周长。

Rv=实测体积电阻，单位欧姆。

Gv=实测体积电导，单位西门子。

Rs=实测表面电阻，单位欧姆。

Gs=实测表面电导，单位西门子。

t=试样的平均厚度。

a,b=矩形电极的边长。

ln=自然对数所有试样尺寸均以厘米为单位。

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。

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。

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。

15、精度和偏差

15.1 精度和偏差会内在的受到选择的方法、设备和试样的影响。对于其分析详见第7部分和第9部分，尤其是7.5.1-7.5.2.5。

16、关键词

16.1 直流电阻；绝缘电阻；表面电阻；表面电阻率；体积电阻；体积电阻率影响绝缘电阻或电导测量的因素X1.1 材料固有的变化——由于给定试样在类似测试条件下电阻的多变性以及试样中同材料的非均匀性，使测量结果通常无法在10%的范围内重现，甚至分散更广（在相同条件下，可能会得到10到1这个范围内的值。）

X1.2 温度——电绝缘材料的电阻随温度变化，而且该变化通常可用下式表示：m/tR=Be（X1.1）其中：R=电绝缘材料或体系的电阻或电阻率B=比例常数m=活化常数T=绝对温度（开尔文）该公式是阿尼乌斯公式和玻尔兹曼原理的简化形式，阿尼乌斯公式描述化学

反应的活化能和绝对温度的关系，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。

注解X1.1——电绝缘材料的电阻可能会受到在温度中暴露时间的影响，因此，对4比测试需要等价的温度条件处理期。

注解X1.2——如果电绝缘材料在提高温度处理后显示了退化的迹象，该信息必须包含在测试数据中。

X1.3 温度和湿度——固体介电材料的绝缘电阻随温度升高而降低，如X1.2中描述的那样，随湿度升高而降低，体积电阻对温度变化尤其敏感，表面电阻随湿度

变化很快。这两种情况下，电阻都是呈指数变化。对于某一些材料，从25到100℃的温度变化可能导致绝缘电阻或电导变化100000倍，这通常是因为温度和湿度

含量变化的联合作用。温度变化的单独影响通常要小得多，从25%到90%的相对湿度的变化可能会改变绝缘电阻或电导1000000倍甚至更多。绝缘电阻或电导是

试样体积和表面电阻或电导的函数，而且表面电阻几乎随着相对湿度的变化而立即变化。因此，绝对有必要在条件处理期间保持温度和相对湿度在

很小的范围内，而且绝缘电阻或电导的测量要在的条件处理环境中进行。另一点不能忽视的是，当相对湿度超过90%时，条件处理体系可能导致温度和相对

湿度的波动，从而引起表面凝结。这个问题可以通过在略高温度下使用等价绝对湿度来避免，由于均衡湿度含量在温度变化较小时几乎保持不变。在确定湿度对

体积电阻或电导的影响时，需要延长条件处理期，因为电介质吸收水分的过程相对缓慢。一些试样需要数月才能达到平衡。在不能使用如此长的条件处理期时，

使用更薄的试样或者均衡态附近的对比测试可能是合理的选择，但是细节必须包含在测试报告中。

X1.4 充电时间除了涉及一个额外的参数-充电时间（在一些情况下是电压梯度）外，介电材料的测量与导体并没有本质的不同。在这两种情况下，都会涉及施加电压和电

流的关系。对于介电材料，与未知电阻相串联的标准电阻必须具有相对较低的值，所以全部电压几乎都施加在未知电阻上，当电位差异施加在试样上时，通过它的

电流一般会朝一个极限值逐渐降低，该极限值可能比1min结束时观测到的电流值的0.01小。这个电流随时间的降低是由于介电吸收（界面极化、体积充电等

等）和运动离子向电极的扫略。一般来说，电流和时间的关系的表达形式通常是-mI(t)=At，在初始充电完成之后，直到真实泄露电流成为一个重要的影响因素。

在此关系式中，A是一个常数，数值上是单位时间的电流，而m值通常是在0到1之间取值。根据试样材料的特征，电流降至最小值1%范围内所需的时间可

能从几秒钟到几个小时，因此，为了确保给定材料的测量值具有可比性，有必要充电时间。按照惯例，充电时间通常为1min。对于一些材料而言，误导性

结论可能来源于任意充电时间下得到的测试结果。在给定材料的测试条件下得到电阻-时间曲线或电导-时间曲线作为选择合适充电时间的基础，这点必须在该材

料的测试方法中指明，或者这种曲线应该被用来作对比。有时，我们会发现电流随时间而增大。在这种情况下，使用时间曲线或者进

行特殊研究以及进行独立决策都需要考虑充电时间。

X1.5 电压值

X1.5.1 试样的体积和表面电阻或电导可能都对电压敏感。在这种情况下，测量类似样品时，有必要使用相同的电压梯度，从而使测量值具有可比性。X1.6.2 有可能设计试样和合适的电极配置用于分别评估体积电阻或电导和同一试样的近似表面电阻或电导。一般说来，这要求至少3个如此安排的电极使我们

能够选择电极对，因为测量电阻或电导主要需要选择体积电流路径或表面电流路径，而不是将这两者都算上。

移可能导致虚假电容的充放电，这将极大的影响测量的精度。尤其在电流测量手段中，这是一个很严重的问题。仪器测量的电流来源于电压瞬变，关系式为I=CxdV/dt。指针偏转的幅度和速率取决于下列因素：0

X1.7.3.1 试样的电容

X1.7.3.2 测量电流的大小

X1.7.3.3 电压瞬变的大小和持续时间，以及变化速率

X1.7.3.4 所使用的稳定电路提供具有各种特征传入瞬变的恒定电压的能力。

X1.7.3.5 与电流测试仪器的周期和衰减相比，能提供恒定时间的完整测试电路。

X1.7.4 电流测试仪器范围的改变可能会引入电流瞬变