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表面体积电阻率测试仪

简要描述:表面体积电阻率测试仪-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。

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  • 厂商性质:生产厂家
  • 更新时间:2022-01-17
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详细介绍

表面体积电阻率测试仪

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。

2表面体积电阻率测试仪-参考文件

2.1 ASTM标准

D150 电绝缘固体的交流损耗特性和介电常数的测试方法

D374 电绝缘固体的厚度的测量方法

D1169 电绝缘液体的电阻率的测试方法

D1711 与电绝缘体相关的术语

D4496 适度导电材料的直流电阻和电导的测试方法

D5032 通过水甘油溶液保持恒定相对湿度的做法

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

4、测试方法概述

4.1 材料样品或电容器的电阻或电导是通过测量规定条件下的电流或电压降得到的。通过使用合适的电极系统有可能分别测量表面和体积电阻或电导。当所需

的试样和电极尺寸已知时,电阻率和电导率可以通过计算得到。


6、电极系统

6.1 制作电极的绝缘材料应该是一种容易应用、能与试样表面亲密接触,而且不因电极电阻或试样污染而引起明显误差。在测试条件下,电极材料应该能耐腐蚀。

对于组装试样的测试,例如通孔套管、电缆等等,采用的电极是试样的一部分或者是它的配件,绝缘电阻或电导的测量包含电极污染或配件材料的影响,而且在

实际使用中一般与试样性能有关。

6.1.1 接线柱和锥形针电极,提供了一种在刚性绝缘材料上施加电压来测量其电阻和电导性质的方法。这些电极在某种程度上模拟实际的使用条件,

       例如仪表盘和接线板上的接线柱。在绝缘材料的层压板表面树脂含量很高的情况下,采用锥针形电极得到的绝缘电阻可能比采用接线柱电极得到的小一些,这是锥形

       针电极与绝缘材料的接触更加紧密。测得的电阻或电导值受每根锥形针与绝缘材料接触、针的表面粗糙度以及绝缘材料上孔洞平滑度的影响。从不同试样得出果的重复性不好。

         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。


6.1.10导电橡胶已作为电极材料使用,而且具有很快速和容易加在试样上以及从试样上移除的优点。由于电极仅在测试时使用,因此并不妨碍试样受环

        境影响的过程。导电橡胶材料必须置于适当的金属盘上,而且必须足够柔软,这样在施加适当压力时,电极与试样能获得有效的接触。

        注解1——有证据表明用导电橡胶电极获得的电导率值总比锡箔电极获得的小20-70%。当只要求数量级的精确性的时候,而且接触误差能忽略时,一组适当设计的导电橡胶电极能

        提供一种快速测定电导率和电阻率的方法。

6.1.11 测试电线和电缆的绝缘性时,水被广泛的用作电极。试样的两端必须露出水面,而且沿着绝缘物渗漏的长度可以忽略。是否需要在试样的每一端施加保护,

         可以参考特定电线和电缆的测试方法。为了实现标准化,可以向水中加入氯化钠形成浓度为1.0-1.1%的氯化钠溶液,从而保证足够的导电性。已有报道证实形成浓度为1.0-1.1%的氯化钠溶液,从而保证足够的导电性。已有报道证实

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。

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。

9.2 体积电阻或电导的测定

9.2.1 测试试样可能具有任何实用的形式,必要时,可允许使用第三根电极来避免表面效应引起的误差。测试试样可能是平板、带或管的形式。图4、图7和图

8阐述了应用于平板或片状试样的电极配置。图5是管状试样上3个电极的径向截面积,其中1号电极是被保护电极,2号电极是由每个1号电极末端的圆环组

成的保护电极,两个环之间通过电路导通,3号电极是未保护电极。对于可忽略表面渗漏的材料,而且仅仅测试其体积电阻,可以省略保护圆环的使用。在测试

试样厚度为3mm的情况下,方便且适用于图4的合适尺寸如下:D=100mm,3D=88mm,D=76mm;或者D=50mm,D=38mm,D=25mm。在给定的灵敏

度下,对于高电阻率材料而言,大尺寸试样的测试结果更加精确。

10.1 在测试前安装试样的过程中,确保电极与电极之间或电极与地之间不存在导电路径十分重要,因为这将极大的影响测量仪器的读数。避免使用裸露的手指接触绝缘表面,而应使用醋酸纤维手套。为了进行体积电阻或电导的参照实验,在条件处理之前需用合适的溶剂处理清理表面。在测量表面电阻之前,查看对比试样和参照试样是否需要进行表面清理。如果需要进行表面清理,记录下任何表面清理的细节。

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。

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。

16、关键词

16.1 直流电阻;绝缘电阻;表面电阻;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。另外,施加

电压值应在电压至少5%的范围内,这是一个独立于X1.7.3的要求,X1.7.3中讨论了电压的调节和稳定,而且涉及可感知的试样电容。

X1.5.2 通常施加在完整试样上的测试电压是100,250,500,1000,2500,5000,10000和15000V。其中最常使用的是100和500V。高电压用来研究材料的电压-电阻或

电压-电导特征(使测试在工作电压或工作电压附近进行),或者提高测试的灵敏度。

X1.5.3 取决于湿度含量的一些材料的试样电阻或电导可能会受到施加电压极性的影响,由电解作用或者离子迁移引起的这种效果,尤其是在不均匀的场的作用

下更加明显,例如在电缆中发现内部导体的测试电压梯度比外部表面更大。在电解和离子迁移存在于试样中时,当相对于大电极而言的小测试电极电位为负时,

电阻更小。在这种情况下,需要根据测试试样的要求指明施加电压的极性。

X1.6 试样轮廓

X1.6.1 试样绝缘电阻或电导的测量值来源于其体积和表面电阻或电导的合成效果。由于组件的相对值随材料的不同而变化,通过使用图1、图2和图3的电极

系统对比不同材料通常是不确定的,如果通过使用这些电极体系之一测得材料A比材料B有更高的绝缘电阻,并不能保证在其应用中比B具有更高的电阻。

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。

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




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