Измерение удельного сопротивления диэлектриков | Серния Инжиниринг

Удельное сопротивление — свойство диэлектриков

Фундаментальное свойство диэлектриков – это удельное сопротивление. Удельное сопротивление может быть использовано для определения пробоя диэлектрика, тангенса угла потерь, содержание влаги, механической целостности и других важных свойств материала. Для измерения таких больших величин сопротивления диэлектриков существуют специальные измерительные приборы – электрометры и используются они благодаря их способности измерять малые токи.

От чего зависит удельное сопротивление?

Удельное сопротивление диэлектрика — это измерение источника известного напряжения, приложенного к образцу, измерение полученного тока и расчета сопротивления с помощью закона Ома. После измерения сопротивления, удельное сопротивление определяется на основе физических параметров испытуемого образца.

Удельное сопротивление зависит от нескольких факторов. Во-первых, оно зависит от приложенного напряжения. Иногда напряжение может изменяться умышленно, чтобы определить зависимость напряжения диэлектрика. Удельное сопротивление также варьируется в зависимости от продолжительности времени, электрификации. Чем больше напряжение, тем выше сопротивление, потому что материал продолжает заряжаться в геометрической прогрессии. Экологические факторы также влияют на удельное сопротивление диэлектрика. В общем, чем выше влажность, тем ниже сопротивление.

Для получения точных сведений теста нужно, чтобы приложенное напряжение, время электрификации и условия окружающей среды должны быть постоянными.

Поверхностное сопротивление

Поверхностное сопротивление (Ом/квадрат) — способность пропускать электрический ток по поверхности диэлектрика — определяется как электрическое сопротивление поверхности диэлектрического материала. Измерение происходит от электрода к электроду вдоль поверхности образца диэлектрика. Так как длина поверхности фиксированная, то измерение не зависит от физических размеров (т.е. толщины и диаметра) образца диэлектрика. 

Объемное удельное сопротивление

Объемное удельное сопротивление (Ом*см) — способность пропускать электрический ток через его объем — измеряется путем приложения потенциала напряжения на противоположных сторонах образца диэлектрика и измерения результирующего тока через образец.

Объемное удельное сопротивление определяется как электрическое сопротивление с помощью куба из диэлектрического материала.

Если значение выражено в Ом*см, то это измерение электрического сопротивления через 1 сантиметр куба диэлектрического материала. Если выражено в Ом*Дюйм, то это электрическое сопротивление через 1 дюйм куба изоляционного материала.

Приборы для измерения удельного сопротивления диэлектриков

Измерения поверхностного и объемного удельного сопротивления производятся с помощью электрометра Keithley 6517B совместно с испытательной камерой удельного сопротивления Keithley 8009.

Ниже указана ссылка, где Вы можете прочитать подробнее об измерениях удельного сопротивления при помощи электрометра Keithley 6517B >>

и тестовой оснастки (испытательной камеры удельного сопротивления) Keithley 8009 >>>

Консультация специалиста по оборудованию и проведению измерений 

Если Вам необходима консультация специалиста по проведению измерений, свяжитесь с нашими специалистами. 
На все вопросы по приобретению оборудования для измерения удельного сопротивления Вам ответит наш инженер — Баширов Руслан. 
Тел. +7 (495) 204-13-17, e-mail: [email protected].
Руслан Баширов — Технический специалист по электронно-измерительному оборудованию.

Заявка на электрометр

Удельное объёмное сопротивление Википедия

Уде́льное электри́ческое сопротивле́ние (удельное сопротивление) — физическая величина, характеризующая способность материала препятствовать прохождению электрического тока, выражается в Ом·метр. Удельное электрическое сопротивление принято обозначать греческой буквой ρ. Значение удельного сопротивления зависит от температуры в различных материалах по-разному: в проводниках, удельное электрическое сопротивление с повышением температуры возрастает, а в полупроводниках и диэлектриках — наоборот, уменьшается. Величина, учитывающая изменение электрического сопротивления от температуры называется температурный коэффициент удельного сопротивления. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью (удельной электропроводностью). В отличие от электрического сопротивления, являющегося свойством

проводника и зависящего от его материала, формы и размеров, удельное электрическое сопротивление является свойством только

вещества.

Электрическое сопротивление однородного проводника с удельным сопротивлением ρ, длиной l и площадью поперечного сечения S может быть рассчитано по формуле R=ρ⋅lS{\displaystyle R={\frac {\rho \cdot l}{S}}} (при этом предполагается, что ни площадь, ни форма поперечного сечения не меняются вдоль проводника). Соответственно, для ρ выполняется ρ=R⋅Sl.{\displaystyle \rho ={\frac {R\cdot S}{l}}.}

Из последней формулы следует: физический смысл удельного сопротивления вещества заключается в том, что оно представляет собой сопротивление изготовленного из этого вещества однородного проводника единичной длины и с единичной площадью поперечного сечения.

Единицы измерения

Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе единиц (СИ) — Ом·м^[1]. Из соотношения ρ=R⋅Sl{\displaystyle \rho ={\frac {R\cdot S}{l}}} следует, что единица измерения удельного сопротивления в системе СИ равна такому удельному сопротивлению вещества, при котором однородный проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 м², изготовленный из этого вещества, имеет сопротивление, равное 1 Ом^[2]. Соответственно, удельное сопротивление произвольного вещества, выраженное в единицах СИ, численно равно сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м².

В технике также применяется устаревшая внесистемная единица Ом·мм²/м, равная 10⁻⁶ от 1 Ом·м^[1]. Данная единица равна такому удельному сопротивлению вещества, при котором однородный проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 мм², изготовленный из этого вещества, имеет сопротивление, равное 1 Ом^[2]. Соответственно, удельное сопротивление какого-либо вещества, выраженное в этих единицах, численно равно сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм².

Зависимость от температуры

В проводниках удельное электрическое сопротивление увеличивается с увеличением температуры. Это объясняется тем, что с ростом температуры увеличивается интенсивность колебания атомов в узлах кристаллической решетки проводника, что препятствует движению свободных электронов

[3].

В полупроводниках и диэлектриках удельное электрическое сопротивление уменьшается. Это объясняется тем, что с увеличением температуры увеличивается концентрация основных носителей заряда.

Величина, учитывающая изменение удельного электрического сопротивление от температуры называют температурным коэффициентом удельного сопротивления.

Обобщение понятия удельного сопротивления

Кусок резистивного материала с электрическими контактами на обоих концах

Удельное сопротивление можно определить также для неоднородного материала, свойства которого меняются от точки к точке. В этом случае оно является не константой, а скалярной функцией координат — коэффициентом, связывающим напряжённость электрического поля E→(r→){\displaystyle {\vec {E}}({\vec {r}})} и плотность тока J→(r→){\displaystyle {\vec {J}}({\vec {r}})} в данной точке r→{\displaystyle {\vec {r}}}. Указанная связь выражается законом Ома в дифференциальной форме:

E→(r→)=ρ(r→)J→(r→).{\displaystyle {\vec {E}}({\vec {r}})=\rho ({\vec {r}}){\vec {J}}({\vec {r}}).}

Эта формула справедлива для неоднородного, но изотропного вещества. Вещество может быть и анизотропно (большинство кристаллов, намагниченная плазма и т. д.), то есть его свойства могут зависеть от направления. В этом случае удельное сопротивление является зависящим от координат тензором второго ранга, содержащим девять компонент ρij{\displaystyle \rho _{ij}}. В анизотропном веществе векторы плотности тока и напряжённости электрического поля в каждой данной точке вещества не сонаправлены; связь между ними выражается соотношением

Ei(r→)=∑j=13ρij(r→)Jj(r→).{\displaystyle E_{i}({\vec {r}})=\sum _{j=1}^{3}\rho _{ij}({\vec {r}})J_{j}({\vec {r}}).}

В анизотропном, но однородном веществе тензор ρij{\displaystyle \rho _{ij}} от координат не зависит.

Тензор ρij{\displaystyle \rho _{ij}} симметричен, то есть для любых i{\displaystyle i} и j{\displaystyle j} выполняется ρij=ρji{\displaystyle \rho _{ij}=\rho _{ji}}.

Как и для всякого симметричного тензора, для ρij{\displaystyle \rho _{ij}} можно выбрать ортогональную систему декартовых координат, в которых матрица ρij{\displaystyle \rho _{ij}} становится диагональной, то есть приобретает вид, при котором из девяти компонент ρij{\displaystyle \rho _{ij}} отличными от нуля являются лишь три: ρ11{\displaystyle \rho _{11}}, ρ22{\displaystyle \rho _{22}} и ρ33{\displaystyle \rho _{33}}. В этом случае, обозначив ρii{\displaystyle \rho _{ii}} как ρi{\displaystyle \rho _{i}}, вместо предыдущей формулы получаем более простую

Ei=ρiJi.{\displaystyle E_{i}=\rho _{i}J_{i}.}

Величины ρi{\displaystyle \rho _{i}} называют главными значениями тензора удельного сопротивления.

Связь с удельной проводимостью

В изотропных материалах связь между удельным сопротивлением ρ{\displaystyle \rho } и удельной проводимостью σ{\displaystyle \sigma } выражается равенством

ρ=1σ.{\displaystyle \rho ={\frac {1}{\sigma }}.}

В случае анизотропных материалов связь между компонентами тензора удельного сопротивления ρij{\displaystyle \rho _{ij}} и тензора удельной проводимости σij{\displaystyle \sigma _{ij}} имеет более сложный характер. Действительно, закон Ома в дифференциальной форме для анизотропных материалов имеет вид:

Ji(r→)=∑j=13σij(r→)Ej(r→).{\displaystyle J_{i}({\vec {r}})=\sum _{j=1}^{3}\sigma _{ij}({\vec {r}})E_{j}({\vec {r}}).}

Из этого равенства и приведённого ранее соотношения для Ei(r→){\displaystyle E_{i}({\vec {r}})} следует, что тензор удельного сопротивления является обратным тензору удельной проводимости. С учётом этого для компонент тензора удельного сопротивления выполняется:

ρ11=1det(σ)[σ22σ33−σ23σ32],{\displaystyle \rho _{11}={\frac {1}{\det(\sigma )}}[\sigma _{22}\sigma _{33}-\sigma _{23}\sigma _{32}],}

ρ12=1det(σ)[σ33σ12−σ13σ32],{\displaystyle \rho _{12}={\frac {1}{\det(\sigma )}}[\sigma _{33}\sigma _{12}-\sigma _{13}\sigma _{32}],}

где det(σ){\displaystyle \det(\sigma )} — определитель матрицы, составленной из компонент тензора σij{\displaystyle \sigma _{ij}}. Остальные компоненты тензора удельного сопротивления получаются из приведённых уравнений в результате циклической перестановки индексов 1, 2 и 3^[4].

Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ

Металлические монокристаллы

В таблице приведены главные значения тензора удельного сопротивления монокристаллов при температуре 20 °C^[5].

Кристалл	ρ1=ρ2, 10−8 Ом·м	ρ3, 10−8 Ом·м
Олово	9,9	14,3
Висмут	109	138
Кадмий	6,8	8,3
Цинк	5,91	6,13
Теллур	2,90·109	5,9·109

Металлы и сплавы, применяемые в электротехнике

Разброс значений обусловлен разной химической чистотой металлов, способов изготовления образцов, изученных разными учеными и непостоянством состава сплавов.

Металл ρ, Ом·мм²/м Серебро 0,015…0,0162 Медь 0,01724…0,018 Золото 0,023 Алюминий 0,0262…0,0295 Иридий 0,0474 Молибден 0,054 Вольфрам 0,053…0,055 Цинк 0,059 Никель 0,087 Железо 0,098 Платина 0,107 Олово 0,12 Свинец 0,217…0,227 Титан 0,5562…0,7837 Висмут 1,2

Сплав ρ, Ом·мм²/м Сталь 0,103…0,137 Никелин 0,42 Константан 0,5 Манганин 0,43…0,51 Нихром 1,05…1,4 Фехраль 1,15…1,35 Хромаль 1,3…1,5 Латунь 0,025…0,108 Бронза 0,095…0,1

Значения даны при температуре t = 20 °C. Сопротивления сплавов зависят от их химического состава и могут варьироваться. Для чистых веществ колебания численных значений удельного сопротивления обусловлены различными методами механической и термической обработки, например, отжигом проволоки после волочения.

Другие вещества

Тонкие плёнки

Сопротивление тонких плоских плёнок (когда её толщина много меньше расстояния между контактами) принято называть «удельным сопротивлением на квадрат», RSq.{\displaystyle R_{\mathrm {Sq} }.} Этот параметр удобен тем, что сопротивление квадратного куска проводящей плёнки не зависит от размеров этого квадрата, при приложении напряжения по противоположным сторонам квадрата. При этом сопротивление куска плёнки, если он имеет форму прямоугольника, не зависит от его линейных размеров, а только от отношения длины (измеренной вдоль линий тока) к его ширине L/W: RSq=RW/L,{\displaystyle R_{\mathrm {Sq} }=RW/L,} где R — измеренное сопротивление. В общем случае, если форма образца отличается от прямоугольной, и поле в плёнке неоднородное, используют метод ван дер Пау.

См. также

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Деньгуб В. М., Смирнов В. Г. Единицы величин. Словарь-справочник. — М.: Издательство стандартов, 1990. — С. 93. — 240 с. — ISBN 5-7050-0118-5.
2. ↑ ^{1 2} Чертов А. Г. Единицы физических величин. — М.: «Высшая школа», 1977. — 287 с.
3. ↑ Никулин Н. В., Назаров А. С. Радиоматериалы и радиокомпоненты. — 3-е изд. — М.: Высшая школа, 1986. — 208 с.
4. ↑ Давыдов А. С. Теория твёрдого тела. — М.: «Наука», 1976. — С. 191—192. — 646 с.
5. ↑ Шувалов Л. А. и др. Физические свойства кристаллов // Современная кристаллография / Гл. ред. Б. К. Вайнштейн. — М.: «Наука», 1981. — Т. 4. — С. 317.

Литература

• Никулин Н. В., Назаров А. С. Радиоматериалы и радиокомпоненты. — 3-е изд., переработанное и дополненное. — М.: Высшая школа, 1986. — С. 6—7. — 208 с.

ГОСТ 20214-74 Пластмассы электропроводящие. Метод определения удельного объемного электрического сопротивления при постоянном напряжении (с Изменением N 1), ГОСТ от 13 сентября 1974 года №20214-74

ГОСТ 20214-74

Группа Л29

ОКСТУ 2209

Срок действия с 01.01.76
до 01.01.96*
______________________________
* Ограничение срока действия снято
по протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета
по стандартизации, метрологии и сертификации.
(ИУС N 11-12, 1994 год). — Примечание «КОДЕКС»

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химической промышленности СССР

РАЗРАБОТЧИКИ

В.А.Попов, Г.А.Лущейкин, Л.И.Войтешонок

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 13.09.74 N 2154

3. Периодичность проверки — 5 лет

4. В стандарт введен международный стандарт ИСО 3915-81

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

6. Срок действия продлен до 01.01.96 Постановлением Госстандарта СССР от 05.06.90 N 1402

7. ПЕРЕИЗДАНИЕ (ноябрь 1991 г.) с Изменением N 1, утвержденным в июне 1990 г. (ИУС 9-90)


Настоящий стандарт распространяется на электропроводящие пластмассы с удельным объемным электрическим сопротивлением менее 10 Ом·см.

Стандарт не распространяется на ячеистые пластмассы.

Сущность метода заключается в измерении падения напряжения на определенном участке образца при прохождении постоянного тока прибором с высоким входным сопротивлением (электрометром). Испытания проводят при температуре 15-35 °С и относительной влажности воздуха 45-75%.

1. ОБРАЗЦЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ

1.1. Для испытания применяют образцы, указанные в табл.1.

Таблица 1

Тип образца	Размеры образцов, мм			Назначение образцов	Изготовление образцов	Количество образцов
	Длина	Ширина	Толщина
1	100±1	10,0±0,5	2-4	Для термопластов, реактопластов	Литьем под давлением, прессованием, механической обработкой образцов других размеров, заливкой и отверждением в форме	Не менее 3
2	130±1	70,0±1,0	До 3	Для листовых материалов, выпускаемых в виде рулонов, лент	Вырезкой в направлении вытяжки и в перпендикулярном направлении	Не менее 6 (не менее 3 вырезают в направлении вытяжки и не менее 3 — в перпенди- кулярном направлении)
3	100±1	10,0±0,5	До 2	Для пленок, электропро- водящих пластмассовых композиций: паст, лаков, клеев, смол, эмалей и др.	Вырезкой из пленок. Нанесением электропроводящих композиций на пластины (подложки) из диэлектрика с удельным объемным электрическим сопротивлением более 10 Ом·см	Не менее 3
4	40±1	5,0±0,2	До 1	Для электро- проводящих композиций, содержащих драгоценные металлы	Нанесением на пластины (подложки) из диэлектрика с удельным объемным электрическим сопротивлением более 10 Ом·см	Не менее 3

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1.2. Способ изготовления образцов, геометрические размеры и количество образцов должны быть предусмотрены в стандартах или технических условиях на конкретные виды электропроводящих пластмасс.

1.3. Образцы не должны иметь вздутий, трещин, сколов, раковин и других видимых дефектов.

1.4. При изготовлении гибких образцов следует избегать деформаций изгиба. Образцы хранят на плоской твердой подложке из диэлектрика.

2. АППАРАТУРА И ЭЛЕКТРОДЫ

2.1. Удельное объемное электрическое сопротивление определяют на установке, принципиальная схема которой приведена на черт.1.

1 — источник постоянного напряжения; 2 — электрометр;
3 — образец; 4 — прибор для измерения тока.

Черт.1

2.1.1. Источником постоянного напряжения может служить батарея элементов или источник постоянного напряжения, питаемый от сети.

Источник постоянного напряжения должен быть хорошо изолирован от земли. Величина сопротивления между любой выходной клеммой и землей должна быть не менее 10 Ом.

Нестабильность постоянного напряжения должна быть не более 1%.

В случае применения выпрямительных устройств пульсация напряжения не должна превышать 1%.

2.1.2. Электрометр должен обеспечивать измерение напряжений с погрешностью не более 5% от измеряемой величины. Входное сопротивление электрометра должно быть не менее 10 Ом.

Приборы, рекомендуемые в качестве электрометров, приведены в приложении 1.

2.1.3. Прибор, измеряющий ток, может быть любого типа, класса не ниже 0,5 и обеспечивать измерение тока с погрешностью ±2% от измеряемой величины.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2. Для определения удельного объемного электрического сопротивления электропроводящих пластмасс должны применяться электроды, обладающие высокой проводимостью. (Электрическое сопротивление электродов должно быть в 100 и более раз ниже электрического сопротивления испытуемых образцов).

2.2.1. Тип, материал электродов и способ создания контакта с образцом выбираются из указанных в табл.2 и должны быть приведены в стандартах или технических условиях на конкретные виды электропроводящих пластмасс.

Таблица 2

Тип электродов	Материал электродов	Способ создания контакта с образцом	Назначение электродов
1. Токовые	Металлические электроды из нержавеющей стали, цветных металлов (например, меди, латуни и др.), благородных металлов (например, серебро, золото и др.)	Нажатие винтовым прессом до жесткого закрепления концов образца в электродном устройстве.	Для образцов типов 1, 3, 4
		Нажатие давлением 9,8 кПа (100 гс/см)	Для образцов типа 2
2. Напряжения	Металлические электроды из нержавеющей стали, цветных металлов (например, меди, латуни и др.), благородных металлов (например, серебро, золото и др.)	Нажатие давлением на образец в электродном устройстве. Величина давления должна быть указана в стандартах или технических условиях на электропроводящие пластмассы. Если таких указаний нет, то давление создается массой электродов напряжения, которая составляет 100 г.	Для образцов типов 1, 3, 4
		Нажатие давлением 9,8 кПа (100 гс/см)	Для образцов типа 2
3. Напряжения	Фольга алюминиевая отожженная по ГОСТ 618-73, оловянная толщиной 0,005-0,020 мм по ГОСТ 18394-73	Нажатие давлением на образец в электродном устройстве через резину твердостью не более 400-500 кПа (4-5 кгс/см) по ГОСТ 20403-75.	Для образцов типов 1, 3, 4
		Величина давления должна быть указана в стандартах или технических условиях на электропроводящие пластмассы.
		Если давление не указано, то оно создается массой электродов напряжения, которая составляет 100 г.
		Нажатие давлением 9,8 кПа (100 г/см)	Для образцов типа 2
4. Токовые и напряжения	Металлические пластины, фольга по пп.1, 3 настоящей таблицы	Горячее прессование, заливка	Для образцов типов 1, 3, 4
5. Токовые и напряжения	Слой серебра, алюминия или другого металла, электропроводящая краска, паста	Напыление в вакууме, нанесение кистью	Для образцов типов 1, 3, 4

2.2.2. Размещение электродов на образцах и расстояние между электродами при определении удельного объемного электрического сопротивления указано на черт.2 и в табл.3.

а) Размещение электродов на образцах типов 1, 2, 3 и 4 с прямоугольными электродами напряжения

б) Размещение электродов на образцах типа 2 с электродами напряжения, имеющими цилиндрическую поверхность

1 — образец; 2 и 5 — токовые электроды; 3 и 4 — электроды напряжения.

Черт.2

Таблица 3

мм

Тип образца	Расслоение между токовыми электродами	Расстояние между электродами напряжения	Ширина электродов напряжения	Длина электродов
1	90±2	20,0±0,1	2,0±0,1	Св. 10
2	100±2	40,0±0,1	2,0±0,1	» 70
3	90±2	20,0±0,1	2,0±0,1	» 10
4	34±2	20,0±0,1	2,0±0,1	» 5

Примечание. Для образцов типа 2 допускается применять электроды напряжения с цилиндрической поверхностью, с радиусом закругления (2,0±0,1) мм.

2.2.1; 2.2.2. (Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2.3. Для создания контакта образца с измерительными приборами используют электродные устройства (приложение 2) или делают отводы гибкими проводниками непосредственно от электродов, нанесенных на образец (пп.4, 5 табл.2).

Электрическое сопротивление используемых проводников должно быть в 100 и более раз ниже электрического сопротивления используемых образцов.

2.2.4. В качестве изоляционного материала для электродных устройств следует применять материалы с удельным объемным электрическим сопротивлением не менее 10 Ом·см и удельным поверхностным электрическим сопротивлением не менее 10 Ом (например, фторопласт или полистирол).

2.2.5. Электрическое сопротивление между любой парой электродов электродного устройства, а также между любым из электродов и землей должно быть не менее 10 Ом (без образца).

3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

3.1. Перед испытанием образцы подвергают нормализации и кондиционированию. Режим нормализации и кондиционирования должен быть предусмотрен в стандартах или технических условиях на конкретные виды электропроводящих пластмасс и соответствовать одному из требований, приведенных в ГОСТ 6433.1-71.

Если в стандартах или технических условиях на электропроводящие пластмассы таких указаний нет, то образцы выдерживают перед испытанием не менее 48 ч при температуре 15-35 °С и относительной влажности воздуха 45-75%.

3.2. Перед испытанием измеряют толщину и ширину образца не менее чем в пяти местах по длине образца с погрешностью ±0,01 мм (по толщине) и ±0,05 мм (по ширине).

При толщине образца менее 0,1 мм погрешность измерения должна быть ±0,001 мм.

За результат измерения принимают среднее арифметическое всех определений.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

4.1. Образец помещают в электродное устройство, концы образца закрепляют токовыми электродами и на образец накладывают электроды напряжения.

Гибкие образцы следует переносить и помещать в электродное устройство вместе с подложкой, на которой они хранились.

4.2. Электроды электродного устройства соединяют с источником напряжения, приборами для измерения тока и электрометром согласно схеме, указанной на черт.1. Образцы с нанесенными и присоединенными электродами соединяют с приборами аналогичным образом.

4.3. На образец подают постоянное напряжение, значение которого должно быть указано в стандартах или технических условиях на конкретные виды электропроводящих пластмасс.

Значения напряжений должны выбираться из следующего ряда: 100; 50; 10; 5; 1; 0,5 и 0,1 В.

Величина напряжения источника питания подбирается таким образом, чтобы обеспечить устойчивые показания электрометра с требуемой погрешностью, указанной в п.2.1.2. При этом величина тока, проходящего через образец, не должна превышать во время испытания значений, при которых образец поглощал бы мощность более чем 0,1 Вт.

4.4. Записывают показания электрометра и прибора, измеряющего ток.

4.5. Измерения проводят: на каждом образце типов 1 и 3 три раза, перемещая электроды напряжения вдоль образца; на каждом образце типов 2 и 4 один раз.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1. Электрическое сопротивление участка образца () в Ом вычисляют по формуле

,

где — величина падения напряжения на участке образца между электродами напряжения, измеряемая электрометром, В;

— ток, проходящий через образец, А.

Из всех измерений () на одном образце вычисляют среднее арифметическое значение сопротивления образца () в Ом.

5.2. Удельное объемное электрическое сопротивление () в Ом·см вычисляют по формуле

,

где — среднее арифметическое значение электрического сопротивления образца, Ом;

— толщина образца, см;

— ширина образца, см;

— расстояние между электродами напряжения, см.

За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов всех измерений испытанных образцов ().

5.3. Результаты испытания оформляются протоколом, в котором указывается:

а) наименование и марка пластмассы;

б) метод изготовления образцов, количество и размеры образцов;

в) удельное объемное электрическое сопротивление каждого образца;

г) среднее значение удельного объемного электрического сопротивления;

д) дата испытания;

е) обозначение настоящего стандарта.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (рекомендуемое). ЭЛЕКТРОМЕТРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемое

В качестве электрометров рекомендуется применять следующие приборы:

электрометры ИТН-7, В7-30, В7-29, В7-24;

электрометрические усилители У5-8, У5-9;

тераомметр Ф507 (в режиме измерения напряжения).

(Измененная редакция, Изм. N 1).

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (рекомендуемое). ЭЛЕКТРОДНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ОБЪЕМНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое

а) Электроды напряжения металлические жесткие

б) Электроды напряжения из резины, обернутой фольгой

1, 10 — винты токовых электродов; 2, 9 — токовые электроды; 3, 7 — винты электродов напряжения;
4, 6 — металлические жесткие электроды напряжения; 5 — корпус электродов напряжения; 8 — образец;
11 — основание электродного устройства; 12, 13 — электроды напряжения из резины, обернутой фольгой

Черт.3

Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: Издательство стандартов, 1992

Мир современных материалов — Измерение объемного и поверхностного сопротивления твердых диэлектриков

 Ток, проходящий через электрическую изоляцию в установившемся режиме (после достаточно продолжительного промежутка времени после приложения напряжения), является постоянным и называется сквозным током утечки. Величина сопротивления изоляции Rиз равна отношению приложенного напряжения U, В к сквозному току утечки Iиз, А:

 

Rиз = U/ Iиз

Величина проводимости изоляции Gиз является обратной к Rиз:

Gиз = 1 / Rиз.

Различают объемное сопротивление электрической изоляции, равное сопротивлению через толщу материала, и поверхностное сопротивление, которое определяется наличием загрязнений (влага, растворы солей, кислот), нарушениями структуры поверхности, поскольку поверхность диэлектрика в большей степени подвержена воздействию внешних факторов. Соответственно, различают и токи утечки – на объемный и поверхностный (рис. 1).

 

Рис. 1. Объемный Iv и поверхностный Is токи утечки через образец изоляции.

Порядок величины токов составляет очень малые величины до10^-15 и даже до 10^-17 А. Поэтому особое внимание при проведении измерений уделяют устранению паразитных токов утечки, которые могут существенно повлиять на точность получаемых результатов.

 

Для исключения поверхностного тока утечки при измерении объемного электрического сопротивления диэлектриков применяют специальное охранное кольцо, окружающее измерительный электрод. При этом потенциал охранного кольца равен потенциалу измерительного электрода, именно в этом случае ток утечки между ними будет отсутствовать (рис. 2).

Рис. 2. Расположение концентрических электродов при измерении объемного сопротивления диэлектрика.

1 — охранное кольцо; 2- центральный электрод; 3- нижний электрод.

Для измерений применяют напыленные или фольговые электроды, которые вырезают из оловянной или отожженной алюминиевой фольги толщиной 5–20 мкм. Контакт фольгового электрода с образцом создается путем притирания с помощью тонкого слоя вазелина, трансформаторного, конденсаторного или вазелинового масла, кремнийорганической жидкости или другого аналогичного вещества. Толщина смазки не должна превышать 1 мкм.

Тогда удельное объемное сопротивление материала может быть рассчитано по формуле: 

ρ_V = R_V × S / h = U × S/( I_V × h),         

где I_V – измеряемый объемный ток; U – напряжение на электродах; S – площадь центрального измерительного электрода; h – толщина диэлектрика; R_V– объемное сопротивление образца.

При измерении поверхностного электрического сопротивления диэлектрика при данной системе электродов напряжение прикладывается между охранным кольцом и центральным электродом.

В такой системе удельное поверхностное сопротивление может быть рассчитано по формуле:

                                          

где  R_S– поверхностное  электрическое сопротивление образца диэлектрика, заключенного между электродами; d₁ – внутренний диаметр охранного кольца; d₂ – диаметр центрального электрода.

Удельное объемное сопротивление имеет размерность [Ом×м], а удельное поверхностное – [Ом]. Это разные физические величины, которые нельзя сравнивать друг с другом.

При измерении сопротивления электрической изоляции следует учесть, что в первый момент времени выдержки под напряжением через нее протекает не только сквозной электрический ток, но и сопровождающий его ток абсорбции (смещения), связанный с установлением замедленных видов поляризации (рис. 3).

Электропроводность диэлектрика определяется при постоянном напряжении  по  величине  сквозного  тока,  значение  сопротивления образца вычисляется по формуле:  R_из = U / I_из = U / ( I_Σ – I_абс), где I_из – сквозной ток утечки, I_Σ – суммарное значение тока, I_абс – ток абсорбции.

Следовательно, если измерить сопротивление изоляции в первый же момент приложения напряжения, то можно получить его завышенное значение.

В связи с тем, что величины токов абсорбции очень малы, измерять их крайне сложно. Поэтому сопротивление изоляции принято измерять после 1 минуты выдержки образца под постоянным напряжением. Считается, что за это время поляризационные процессы, вносящие основной вклад в ток абсорбции диэлектрика, закончатся.

 

Рис. 3. Зависимость тока через диэлектрик от времени

I_из – сквозной ток утечки;

I_Σ – суммарное значение тока;

I_абс – ток абсорбции.

 

Вас также может заинтересовать: