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體積表面電阻率試驗機實驗方式與工作原理

來源:北京中航時代儀器設備有限公司   2025年05月14日 11:02  

體積表面電阻率試驗機實驗方式與工作原理

體積表面電阻率試驗機實驗方式

體積表面電阻率試驗機主要用于測量絕緣材料的體積電阻率(ρv)和表面電阻率(ρs),二者分別反映材料內部和表面的導電性能。實驗過程需遵循標準化流程,確保數據的準確性和可重復性,具體步驟如下:

(一)樣品制備與預處理

樣品要求:制備平整、無缺陷的固體絕緣材料試樣,通常為圓形或方形片狀(如直徑 50mm、厚度 1-3mm),表面需清潔干燥,避免污染影響測試結果。

環境調節:將樣品置于規定的溫度(如 23±2℃)和濕度(如 50±5% RH)環境中預處理 24 小時,消除環境因素對材料電性能的干擾。

(二)設備連接與電極布置

電極系統:采用三電極或四電極結構,核心包括:

主電極(測量電極):與樣品直接接觸,施加測試電壓或采集電流信號;

保護電極:環繞主電極,防止表面漏電流影響體積電阻測量,或抑制邊緣效應以準確獲取表面電流;

高壓電極:提供穩定的直流電壓(如 100V、250V、1000V 等)。

連接方式:體積電阻測試時,電壓施加于樣品上下表面的主電極與高壓電極之間,電流通過樣品內部;表面電阻測試時,電壓施加于同一表面的主電極與高壓電極之間,電流沿樣品表面流動。

(三)測試流程

空載校準:開機后先進行空電極校準,扣除設備自身漏電流和環境噪聲,確保基線數據穩定。

樣品安裝:將樣品置于電極系統中,確保電極與樣品緊密貼合,避免空氣間隙導致接觸電阻誤差。

電壓施加與數據采集:

施加恒定直流電壓(如 100V),保持 1-60 秒(視材料極化特性而定),待電流穩定后,通過高阻計測量流經樣品的微弱電流(范圍可低至 10?1?A)。

分別記錄體積電流(Iv)和表面電流(Is),用于計算體積電阻(Rv=V/Iv)和表面電阻(Rs=V/Is)。

電阻率計算:

體積電阻率:ρv = Rv × (S/L),其中 S 為電極接觸面積(cm2),L 為樣品厚度(cm),單位為 Ω?cm;

表面電阻率:ρs = Rs × (L/W),其中 L 為主電極周長(cm),W 為保護電極與主電極之間的間距(cm),單位為 Ω(無量綱,反映單位面積的表面電阻)。

(四)重復性與精度控制

每組樣品測試 3 次以上,取平均值以降低隨機誤差;若數據離散度較大,需檢查樣品均勻性、電極接觸狀態或環境參數是否符合要求。

體積表面電阻率試驗機工作原理

體積表面電阻率試驗機的核心原理基于歐姆定律(R=V/I),通過測量材料在直流電場下的電阻特性,結合幾何參數計算電阻率。其技術實現需解決兩大關鍵問題:微弱電流測量和電極結構設計。

(一)微弱電流測量技術

絕緣材料的電阻率高(通常≥10?Ω?cm),流經樣品的電流極小(≤10??A),傳統電流表無法直接測量。設備采用以下技術方案:

高阻測量電路:通過靜電計或高阻計模塊,利用場效應晶體管(FET)或運算放大器構建高輸入阻抗放大電路,將微弱電流轉換為可測電壓信號。

電磁屏蔽:設備主體置于金屬屏蔽箱內,電極系統采用法拉第籠結構,抑制外界電磁干擾和環境漏電流,確保信號純凈。

(二)電極結構與誤差抑制

體積電阻測量原理:

樣品被視為均勻介質,電流垂直穿過樣品厚度方向。主電極與高壓電極分別接觸樣品上下表面,保護電極(位于高壓電極外圍)與主電極同電位,消除邊緣處的電場畸變和表面漏電流,使電流僅通過樣品內部區域。

公式 ρv=Rv×(S/L) 的推導基于均勻電場假設,電極面積 S 和厚度 L 的精確測量是計算的關鍵。

表面電阻測量原理:

電流沿樣品表面流動,主電極與高壓電極位于同一表面,保護電極環繞主電極并施加相同電壓,形成 “電屏障”,阻止電流從主電極邊緣向外部擴散(邊緣效應),確保測量的電流僅通過主電極覆蓋的表面區域。

表面電阻率 ρs 反映單位面積的表面導電能力,其值與材料表面清潔度、濕度等因素高度相關。

(三)直流電壓的選擇與極化效應

測試采用直流電壓而非交流電壓,避免交變電場下介質損耗和電容效應的干擾。但施加直流電壓時,材料可能產生極化現象(如離子遷移、偶極子取向),導致初始電流包含充電電流和位移電流。因此,需等待極化過程穩定(通常 1-2 分鐘),僅測量穩態傳導電流,以確保電阻率計算的準確性。



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