固体体积表面电阻率测试仪

固体体积表面电阻率测试仪

绝缘电阻是表征绝缘体特性的基本参数之一，一个绝缘体的绝缘电阻由两部分组成，体积电阻（Volume Resistance, Rv）与表面电阻（Surface Resistance, Rs），相对应的电阻率分别是体积电阻率（Volume Resistivity, ρv）和表面电阻率（Surface Resistivity, ρs）。 从定义上看，体积电阻是在试样“两个"相对表面上放置的两电极间所加直流电压与流过这两个电极之间的稳态电流之商，体积电阻率即单位体积内的体积电阻；表面电阻是在试样的“一个"表面上的两电极间所加电压与流过两电极间的电流之商，表面电阻率即单位面积内的表面电阻。

电阻率测试原理：

表面电阻率测试仪可用于测量各种织物、地毯、薄膜以及其他绝缘材料的表面比电阻(表面电阻率)，表面比电阻的大小可间接反映试验材料表面静电泄漏时间的长短，从而反映试验材料的带静电性能。

　　 表面电阻率测试仪测量采用三电极法对试样进行测试，其试验装置主要有平板式电极装置和高阻计两部分组成。

　　 基本原理是对试样加入不同挡位的直流电压，流经试样的微弱电流用标准电阻取样放大后，从高阻计上读出。数字直接显示出电阻值,精度高、显示迅速、稳定性好、读数方便。

　　 根据欧姆定律，被测电阻Rx等于施加电压V除以通过的电流I。传统的高阻计的工作原理是测量电压V固定，通过测量流过取样电阻的电流I来得到电阻值。

　　 从欧姆定律可以看出，由于电流I是与电阻成反比，而不是成正比，所以电阻的显示值是非线性的，即电阻无穷大时，电流为零，即表头的零位处是∞，其附近的刻度非常密，分辨率很低。

　　 整个刻度是非线性的。又由于测量不同的电阻时，其电压V也会有些变化，所以普通的高阻计是精度差、分辨率低。

　　 本仪器是同时测出电阻两端的电压V和流过电阻的电流I，通过内部的大规模集成电路完成电压除以电流的计算，然后把所得到的结果经过A/D转换后以数字显示出电阻值。

　　 即便是电阻两端的电压V和流过电阻的电流I是同时变化，其显示的电阻值不象普通高阻计那样因被测电压V的变化或电流I的变化而变。

　　 所以，即使测量电压、被测量电阻、电源电压等发生变化对其结果影响不大，其测量精度很高()，从理论上讲其误差可以做到零，而实际误差可以做到千分之几或万分之几。

体积电阻：

体积电阻又称体积电阻系数或体积比电阻。表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据。

体积电阻表示1立方厘米电介质对泄漏电流的电阻。单位是欧姆·厘米。

体积电阻的大小，除取决于材料本身组成的结构外，还与测试时的温度 、湿度、电压和处理条件有关。体积电阻愈大，绝缘性能愈好。

与试样接触或嵌入试样两边的两个平行电极间的体积电阻，是加在电极上的直流电压与流过试样体积的电流(不包括沿表面流过的电流)之比。

介电强度：

是材料抗高电压而不产生介电击穿能力的量度，将试样放置在电极之间，并通过 一系列的步骤升高所施加的电压直到发生介电击穿，以次测量介电强度。尽管所得的结果是以kv/mm为单位的，但并不表明与试样的厚度无关。因此，只有在试样厚度相同的条件下得到各种材料的数据才有可比性。

介电常数：

介电常数用于衡量绝缘体储存电能的性能. 它是两块金属板之间以绝缘材料为介质时的电容量与同样的两块板之间以空气为介质或真空时的电容量之比。 介电常数代表了电介质的极化程度，也就是对电荷的束缚能力，介电常数越大，对电荷的束缚能力越强。电容器两极板之间填充的介质对电容的容量有影响，而同一种介质的影响是相同的，介质不同，介电常数不同。

体积电阻率：

体积电阻率，是材料每单位立方体积的电阻，该试验可以按如下方法进行：将材料在500伏特电压下保持1分钟，并测量所产生的电流，体积电阻率越高，材料用做电绝缘部件的效能就越高。

损耗因子也指耗损正切，是交流电被转化为热能的介电损耗（耗散的能量）的量度，一般情况下都期望耗损因子低些好。 

原理：

材料的导电性是由于物质内部存在传递电流的自由电荷，这些自由电荷通常称为载流子，他们可以是电子、空穴、也可以是正负离子。在弱电场作用下，材料的载流子发生迁移引起导电。材料的导电性能通常用与尺寸无关的电阻率或电导率表示，体积电阻率是材料导电性的一种表示方式。

谈电线电缆绝缘电阻的测试

绝缘电阻是反映电线电缆产品绝缘特性的主要指标,它反映了线缆产品承受电击穿或热击穿能力的大小,与绝缘的介质损耗以及绝缘材料在工作状态下的逐步劣化等均存在着极为密切的关系。产品的绝缘电阻主要取决于所选用的绝缘材料,但工艺水平对绝缘电阻的影响很大,因此测定绝缘电阻是监督材料质量和工艺水平的一种方法。测定绝缘电阻可以发现工艺的缺陷,同时也是研究绝缘材料的品质和特性,研究绝缘结构以及产品在各种运行条件下的使用性能等各方面的重要手段,对于已投入运行的产品,绝缘电阻是判断产品品质变化的重要依据之一。绝缘电阻测量准确与否直接影响产品品质的判定,因此要注重绝缘电阻的测量问题。

一、试验现象

影响电线电缆绝缘电阻测量的因素有仪器准确度、环境条件和人员素质等几个方面,下面以GB5023.3-1997中一般用途单芯硬导体无护套电缆(型号227IEC01(BV))为例,谈谈绝缘电阻测量中应注意的几个问题。按GB5023.3之规定：试验应在5m长的绝缘线芯上进行,水温为(70±2)℃,仲裁试验时为(70±1)℃,浸水时间不小于2h,绝缘电阻应在施加电压1分钟后测量。如何理解标准中的这些要求,它们对测量结果有何影响?下面举例说明。

本试验共进行了四次：

第1次：5m长、70℃绝缘电阻、1分钟读数测量值为：6.80×106Ω

第2次：5m长、70℃绝缘电阻、1.5分钟读数测量值为：7.01×106Ω

第3次：5m长、20℃绝缘电阻、1分钟读数测量值为：109.6×106Ω

第4次：10m长、70℃绝缘电阻、1分钟读数测量值为：3.40×106Ω

二、原因分析

同样一组电线的绝缘电阻在不同温度、不同长度、不同读数时间为什么会有如此大的差别?现分析如下：

绝缘电阻是指绝缘上所加的直流电压U与泄漏电流I之间的比值

R=U/I

当绝缘层加上直流电压时,沿绝缘表面和绝缘内部均有微弱电流通过,对应于这两种电流的电阻分别称为表面绝缘电阻和体积绝缘电阻,一般不加特别说明的绝缘电阻均指体积绝缘电阻,只有极少数的产品有表面绝缘电阻的要求(如汽车高压点火线)。

绝缘层加上电压后,流经绝缘内部的电流有下面四种：

1.电容电流

因介质极化而产生,实际上以导体和外极(绝缘层)作为一对电级构成一个电器的电容电流,电容电流按指数规律随时间很快的衰减,一般在数毫秒时间内接近消失。

2.不可逆吸收电流

因绝缘材料中的电解电导而产生,经数秒后衰减至零。

3.可吸收电流

是指绝缘材料的位移电流,在施加电压的瞬间达最大值,然后趋向位移稳定,经数分钟后趋于消失。

4.泄漏电流

泄漏电流是指绝缘材料中的自由离子及混入的导电杂质所产生的,与电压施加时间无关,在电场强度不太高时符合欧姆定律,电阻随温度升高而增大。它的大小反应了绝缘品质的优劣,严格说来,只有对应恒定电导电流的电阻才是体积绝缘电阻。

由于施加电压后,绝缘中存在着三种随时间而衰减的电流,因此理论上应该等这三种电流全部衰减完后,才读出泄漏电流的数值,以计算绝缘电阻,但由于可吸收电流要经数分钟后才趋于消失,考虑到测量系统长时间的稳定性,测量时间不宜太长。同样测量条件,读数时间不同会造成很大差别,读数时间长,将造成数值偏大,从第1次和第2次的数据可明显看出。因此标准中明确规定在接通电流1分钟后读数(即正达1分钟时读数),1分钟读数既保证了非泄漏电流大部分已消失,又使测量时间有了统一,使数值具有重复性和可比性。第1次和第3次的数据表明随着温度的升高绝缘电阻迅速下降,这是因为随温度的升高,绝缘材料中的杂质离子运动速度加快,使得电导增大,绝缘电阻下降,温度与绝缘电阻的关系近似符合指数关系。因此测量时,必须严格控制温度,长度的不同绝缘电阻测量值也不同,这是因为绝缘电阻与长度成反比,测量电线长度时,误差要控制在±1%内。

三、结束语

绝缘电阻的数值与产品的长度成反比,且与温度有密切关系。在产品标准中为了统一和方便,均以20℃(或70℃)时,长度为1km时绝缘电阻低极限值作为标准值(此标准值可以通过理论计算得出),为此产品标准中有着严格的试验条件,所以在测试过程中应严格按标准进行,不得放松试验条件,以免影响测量的准确性。

固体体积表面电阻率测试仪主要参数：