四极电阻率测试仪

四极电阻率测试仪

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、四极电阻率测试仪-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。

4、仪器设备的选择和测试方法

4.1 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。

4.2 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）

4.2.2 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。

4.3 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。

4.4 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。

4.5 精度和偏差的考量：

4.5.1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。

4.5.2 直接测量：

4.5.2.1 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±4%。

4.5.2.2 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。

4.5.2.3 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%。

5、 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。

5.1 绝缘电阻或电导的测定

5.1.1 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。

5.1.2 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。

5.1.3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。

5.2 表面电阻或电导的测定

5.2.1 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。

5.2.2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。