Удельные объёмное и поверхностное сопротивления твердых диэлектриков

Рассматривая образец из твердого диэлектрика, можно выделить два принципиально возможных пути для протекания электрического тока: по поверхности данного диэлектрика и через его объем. С этой точки зрения можно оценить способность диэлектрика проводить электрический ток в данных направлениях, применив понятия поверхностного и объемного сопротивлений.

Объемное сопротивление — это сопротивление, которое проявляет диэлектрик при протекании постоянного тока через его объем.

Величина удельного объемного сопротивления диэлектрика численно равна сопротивлению куба, изготовленного из данного диэлектрика, ребро которого имеет длину 1 метр, при условии протекания постоянного тока через две его противоположные грани.

Желая измерить объемное сопротивление диэлектрика, экспериментатор наклеивает на противоположные грани кубического образца диэлектрика металлические электроды.

Площадь электродов принимается равной S, а толщина образца — h. Электроды в эксперименте устанавливаются внутри охранных металлических колец, которые обязательно заземляются, чтобы устранить влияние поверхностных токов на точность проводимых измерений.

Когда электроды и охранные кольца установлены с соблюдением всех надлежащих условий эксперимента, на электроды подают постоянное напряжение U с калиброванного источника постоянного напряжения, и выдерживают так на протяжении 3 минут, чтобы в образце диэлектрика наверняка завершились процессы поляризации.

После этого, не отключая источник постоянного напряжения, измеряют напряжение и сквозной ток при помощи вольтметра и микроамперметра. Далее рассчитывают объемное сопротивление диэлектрического образца по следующей формуле:

Объемное сопротивление измеряется в омах.

Поскольку площадь электродов известна, она равна S, толщина диэлектрика также известна, она равна h, и объемное сопротивление Rv только что было измерено, то теперь можно найти удельное объемное сопротивление диэлектрика (оно измеряется в Ом*м) по следующей формуле:

Чтобы найти удельное поверхностное сопротивление диэлектрика, сначала находят поверхностное сопротивление конкретного образца. Для этого на образец наклеивают два металлических электрода длиной l на расстоянии d между ними.

Наконец, рассчитывают поверхностное сопротивление в омах по формуле:

Теперь для нахождения удельного поверхностного сопротивления диэлектрика необходимо исходить из того, что оно численно равно поверхностному сопротивлению квадратной поверхности данного материала, если ток протекает между электродами, установленными на сторонах этого квадрата. Тогда удельное поверхностное сопротивление будет равно:

Удельное поверхностное сопротивление измеряется в омах.

Удельное поверхностное сопротивление диэлектрика является характеристикой диэлектрического материала и зависит от химического состава диэлектрика, его текущей температуры, влажности и от напряжения, которое приложено к его поверхности.

Сухость поверхности диэлектрика играет огромную роль. Тончайшего слоя воды на поверхности образца достаточно чтобы проявилась заметная проводимость, которая будет зависеть от толщины данного слоя.

Поверхностная проводимость в основном обусловлена наличием загрязнений, дефектов и влаги на поверхности диэлектрика. Пористые и полярные диэлектрики подвержены увлажнению больше других. Удельное поверхностное сопротивление таких материалов связано с величиной твердости и краевого угла смачивания диэлектрика.

Ниже приведена таблица, из которой очевидно, что более твердые диэлектрики с меньшим краевым углом смачивания обладают меньшим удельным поверхностным сопротивлением в увлажненном состоянии. С данной точки зрения диэлектрики подразделяются на гидрофобные и гидрофильные.

Гидрофобными являются неполярные диэлектрики, которые при чистой поверхности не смачиваются водой. По этой причине даже если поместить такой диэлектрик во влажную среду, то его поверхностное сопротивление практически не поменяется.

Гидрофильными являются полярные и большинство ионных диэлектриков, обладающие смачиваемостью. Если поместить гидрофильный диэлектрик во влажную среду, то его поверхностное сопротивление уменьшится. Тут же ко влажной поверхности легко прилипнут разнообразные загрязнения, которые также могут способствовать снижению поверхностного сопротивления.

Есть и промежуточные диэлектрики, к ним относятся слабополярные материалы, такие как лавсан.

Если увлажненную изоляцию нагреть, то ее поверхностное сопротивление может начать расти с повышением температуры. Когда изоляция высохнет — сопротивление может уменьшится. Низкие температуры способствуют увеличению поверхностного сопротивления диэлектрика в высушенном состоянии на 6-7 порядков, если сравнивать с тем же материалом, только увлажненным.

Чтобы повысить поверхностное сопротивление диэлектрика, прибегают к разнообразным технологическим приемам. Например образец можно промыть в растворителе или в кипящей дистиллированной воде, в зависимости от вида диэлектрика, либо прогреть до достаточно высокой температуры, покрыть поверхность влагостойким лаком, глазурью, поместить в защитную оболочку, корпус и т. п.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

Электротехнические материалы

Испытания материалов

TOC \o «1-3» 15.1. Подготовка образцов и условий испытания. GOTOBUTTON _Toc463170614 1

15.2. Поддержание контроль условий испытания. GOTOBUTTON _Toc463170615 1

15.3. Электрические испытания. GOTOBUTTON _Toc463170616 2

15.3.1.Определение общих и удельных сопротивлений образцов. GOTOBUTTON _Toc463170617 2
15.3.2. Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь на низких частотах.
15.3.3. Определение электрической прочности.
15.3.4. Определение стойкости к внешним электрическим воздействиям.
15.3.5. Определение параметров статической электризации.

15.4. Тепловые испытания. GOTOBUTTON _Toc463170622 12

15.5. Механические испытания. GOTOBUTTON _Toc463170623 13

15.1. Подготовка образцов и условия испытаний

Условиями окружающей среды при проведении испытаний называют сочетание температуры и относительной влажности воздуха или температуры и жидкости, в которых находится образец.

Условия нормализации, кондиционирования и испытаний указываются в стандартах на материал и должны выбираться из ряда, определенного в ГОСТ 6433.1-71.

В течении этих процессов к образцам должен быть обеспечен свободный доступ окружающей среды. Образцы не должны соприкасаться со стенками камеры или друг с другом. Время между кондиционированием и испытанием не должно превышать, как правило, 5 мин. В тех случаях, когда температуры при подготовке и испытаниях различны, необходимо довести температуру образца до испытательной и выдержать его при этой температуре.

15.2. Поддержание и контроль условий испытания.

При подготовке и проведении испытаний требуется соблюдать определенные значения температуры среды, в которой находится образец. Для этой цели применяют термостаты (термокамеры) или криостаты. В зависимости от диапазона рабочих температур они делятся на термокамеры (20-400 ºС), электропечи (до 1000 ºС и выше) и криостаты для создания отрицательных температур. Регулировка температуры осуществляется, как правило, автоматически. Во всем рабочем объеме камеры температура должна быть по возможности одинаковой, чувствительный элемент датчика должен быть помещен возможно ближе к образцу. Может применяться принудительная циркуляция воздуха при помощи вентилятора.

Существуют также термовлагокамеры, позволяющие получить не только заданную температуру, но и необходимую влажность. Эти камеры оборудованы специальным испарителем, размещенным в нижней части камеры. Для испытаний малых образцов могут применяться эксикаторы, где требуемая влажность достигается химическим путем, для снижения влажности в эксикатор помещают вещества, поглощающие влагу, например: фосфорный ангидрид, силикагель и пр., при этом достигается близкая к нулю влажность. Влажность от 50 до 100% получают, помещая в камеру насыщенные растворы в воде различных веществ.

15.3. Электрические испытания.

15.3.1. Определение общих и удельных сопротивлений образцов.

Если к диэлектрику приложить постоянное напряжение, то по нему будет протекать ток утечки. Постоянная составляющая этого тока называется сквозным током и может быть представлена в виде двух составляющих: поверхностного сквозного тока, протекающего по тонкому электропроводящему слою влаги с растворенными в ней веществами, образовавшимся в результате взаимодействия со средой, и объемного сквозного тока, т.е. тока, проходящего через объем материала.

Более удобными в применении являются удельные поверхностное и объемное сопротивления. Удельное объемное сопротивление r [Ом·м]- это величина, равная отношению напряженности электрического поля E внутри образца к плотности тока J , проходящего через объем образца.

Под удельным поверхностным сопротивлением r s [Ом] понимают поверхностное сопротивление плоского участка поверхности твердого диэлектрика в форме квадрата при протекании электрического тока между двумя противоположными сторонами этого квадрата.

Форма и размеры образцов испытуемых материалов зависит от измеряемой величины. Образцы для определения объемного и поверхностного сопротивлений производят на плоских (круглых или квадратных) или трубчатых образцах.

Внутреннее сопротивление определяют на плоских образцах с двумя несквозными отверстиями.

Сопротивление изоляции измеряют на плоских, трубчатых или стержневых образцах.

Число испытуемых образцов должно быть не менее трех.

Электроды для испытания твердых диэлектриков должны удовлетворять следующим условиям: обладать высокой проводимостью и обеспечивать хороший электрический контакт по всей поверхности соприкосновения с образцом, не влиять на образец (не деформировать, не оказывать химического воздействия).

Металлические нажимные электроды применяют для измерения объемного и поверхностного удельных сопротивлений. Представляют собой систему из трех электродов: измерительного, напряжения (высоковольтного) и охранного.

Напряжение прикладывается между измерительным электродом и электродом напряжения и измеряется ток в их цепи, охранный электрод служит для уменьшения краевых эффектов, он заземляется. В зависимости от измеряемой величины электроды выполняют различные функции.

Фольговые электроды применяют для определения удельных сопротивлений и сопротивления изоляции. Их выполняют из отожженной алюминиевой, оловянной или свинцовой фольги толщиной от 5 до 20 мкм. Контакт обеспечивается путем притирания с помощью тонкого слоя трансформаторного масла, кремнийорганической жидкости. Толщина смазки не должна превышать 1 мкм. Контакт также может быть создан прижатием через резину давлением 10 ± 0,2 кПа, если в стандарте на материал не оговорено иное значение. Способы закрепления фольги на резине для внутреннего и наружнего электродов показаны на рисунке.

Электроды из осажденных металлов представляют собой плотно прилегающие пленки драгоценных или цветных металлов. Нанесение производится с помощью следующих операций: нанесение распылением в вакууме, нанесение шоопированием, нанесение кистью (разнообразные пасты).

Графитовые электроды применяют в виде жидкой суспензии водной или на лаке или в виде порошка графита. Электроды из суспензии на воде применяют для испытаний негигроскопичных материалов. Наносят с помощью кисти, после чего сушат. Графитово-лаковые суспензии наносят пульвелизатором через трафарет. После сушки толщина нанесеного покрытия должна быть примерно 0,1 мм. Сопротивление слоя из лакографита не должно превышать 100 Ом. Способ получения электродов из порошка графита показан на рисунке. Графит уплотняют давлением 10 кПа.

Помимо названных применяются также следующие виды электродов: штифтовые, ленточные, ножевые, брусковые, ртутные и на основе токопроводящей резны.

Методы и средства измерения сопротивлений.

Сопротивление образца может быть измерено прямо или косвенно. В первом случае применяют электронные омметры (мега-, тераомметры), реже мосты постоянного тока, значения сопротивления считывается сразу со шкалы прибора. При косвенных измерениях сопротивление определяют расчетным путем по результатам измерения тока, протекающего в образце, при известном значении напряжения, приложенного к образцу.

Электронные магаомметры и тераомметры. Представляют собой усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, охваченный глубокой обратной связью, в прямую или обратную цепь которого включается измеряемое сопротивление.

Источник

Что такое объемное сопротивление

Поверхностная проводимость твёрдых диэлектриков. Факторы, влияющие на поверхностное сопротивление

Для твердых электроизоляционных материалов [1] необходимо различать объемную и поверхностную проводимость.

Для сравнительной оценки объемной и поверхностной проводимости различных материалов пользуются значениями удельного объемного сопротивления ρ_V и удельного поверхностного сопротивления ρ_S.

По удельному объемному сопротивлению может быть определена удельная объемная проводимость, по удельному поверхностному сопротивлению – удельная поверхностная проводимость.

Удельное поверхностное сопротивление ρ_S равно сопротивлению квадрата (любых размеров), мысленно выделенного на поверхности материала, если ток проходит через квадрат, от одной его стороны к противоположной.

Рис. 1 Удельное поверхностное сопротивление:

1 – параллельно поставленные электроды; 2 – образец материала

Удельное поверхностное сопротивление (в омах) рассчитывается по формуле

где R_S – поверхностное сопротивление образца материала 2, Ом, между параллельно поставленными электродами 1 шириной d, отстоящими друг от друга на расстояние l.

Удельная поверхностная проводимость ρ_S измеряется в сименсах (См).

Полная проводимость твердого диэлектрика, соответствующая его сопротивлению изоляции, складывается из объемной и поверхностной проводимостей.

Поверхностная электропроводность ρ_S обусловлена присутствием влаги или загрязнений на поверхности диэлектрика. Вода отличается значительной удельной проводимостью. Достаточно тончайшего слоя влаги на поверхности диэлектрика, чтобы была обнаружена заметная проводимость, определяемая в основном толщиной этого слоя. Однако, поскольку сопротивление адсорбированной пленки влаги связано с природой материала, на поверхности которого она находится, поверхностную электропроводность обычно рассматривают как свойство самого диэлектрика.

Адсорбция влаги на поверхности диэлектрика находится в тесной зависимости от относительной влажности окружающей среды. Поэтому относительная влажность является важнейшим фактором, определяющим значение удельной поверхностной проводимости диэлектрика. Особенно резкое уменьшение удельного поверхностного сопротивления наблюдается при относительной влажности, превышающей 70 — 80 %.

Удельная поверхностная проводимость тем ниже, чем меньше полярность вещества, чем чище поверхность диэлектрика и чем лучше она отполирована. Наиболее высокими значениями удельного поверхностного сопротивления обладают неполярные диэлектрики, поверхность которых не смачивается водой. Полярные диэлектрики характеризуются более низкими значениями ρ_S, заметно уменьшающимися во влажной среде. Особенно резкое понижение удельного поверхностного сопротивления можно наблюдать у полярных диэлектриков, частично растворимых в воде, у которых на поверхности образуется пленка электролита. Кроме того, к поверхности полярных диэлектриков легко прилипают различные загрязнения, также приводящие к снижению ρ_S. Низкие значения удельного поверхностного сопротивления имеют и объемно-пористые материалы, так как процесс поглощения влаги толщей материала стимулирует также и образование поверхностных пленок воды.

Удельное поверхностное сопротивление [2] церезина, являющегося неполярным диэлектриком, существенно выше по сравнению с ρ_S щелочного стекла и фенопласта и не зависит от влажности окружающей среды (рис. 2).

Загрязнение поверхности некоторых диэлектриков уменьшает их удельное поверхностное сопротивление (табл. 1).

Рис. 2 Зависимость удельного поверхностного сопротивления от относительной влажности для различных диэлектриков:

1 — церезин; 2 — щелочное стекло; 3 — фенопласт

Таблица 1 – Удельное поверхностное сопротивление некоторых материалов при относительной влажности, равной 70 %

ρ_S при неочищенной поверхности, Ом

Источник

Что такое объемное сопротивление

Величина проводимости изоляции G из является обратной к R из:

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.

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.

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:

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; d ₁ – внутренний диаметр охранного кольца; d ₂ – 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

Источник

ГОСТ Р 50499-93
Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения удельного объемного и поверхностного сопротивления

Купить ГОСТ Р 50499-93 — бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО «ЦНТИ Нормоконтроль»

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

Распространяется на методы определения удельного объемного и поверхностного сопротивления и содержит соответствующие расчеты для определения упомянутых параметров твердых электроизоляционных материалов. На результаты определения удельного объемного и поверхностного сопротивления влияют следующие факторы: амплитуда и время приложения напряжения, геометрия и природа электродов, температура и влажность окружающей атмосферы и образцов при кондиционировании и измерениях.

Оглавление

1. Область распространения

4. Источник питания

5. Методы измерения и точность

6. Испытуемые образцы

7. Материал электродов

8. Манипуляции с образцом и его крепление

10. Методика испытания

12. Протокол испытаний

Приложение А (рекомендуемое) Примеры оценки методов и их точности

Приложение Б (рекомендуемое) Формулы для расчета А и р

Этот ГОСТ находится в:

Организации:

Solid electrical insulating materials. Methods of test for volume resistivity and surface resistivity

Чтобы бесплатно скачать этот документ в формате PDF, поддержите наш сайт и нажмите кнопку:

ГОСТ Р 50499-93 (МЭК 93-80)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ТВЕРДЫЕ

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ОБЪЕМНОГО И ПОВЕРХНОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ТВЕРДЫЕ

Методы определения удельного объемного и поверхностного сопротивления

Solid electrical insulating materials. Methods of test for volume resistivity and surface resistivity

Дата введения 01.01.94

1. ОБЛАСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Настоящий стандарт распространяется на методы определения удельного объемного и поверхностного сопротивления и содержит соответствующие расчеты для определения упомянутых параметров твердых электроизоляционных материалов.

На результаты определения удельного объемного и поверхностного сопротивления влияют следующие факторы: амплитуда и время приложения напряжения, геометрия и природа электродов, температура и влажность окружающей атмосферы и образцов при кондиционировании и измерениях.

Дополнительные требования, отражающие потребности народного хозяйства, набраны курсивом.

2.1. Объемное сопротивление

Частное от деления значения постоянного напряжения, приложенного между двух электродов, расположенных с противоположных сторон образца, на величину установившегося тока между этими электродами за вычетом поверхностного тока и без учета явления поляризации на электродах.

© Издательство стандартов, 1993

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен без разрешения Госстандарта России

Примечай и е. Если не указано иначе, объемное сопротивление определяют через 1 мин после подачи напряжения.

2.2. У дельное объемное сопротивление

Частное от деления значения напряженности постоянного электрического поля на плотность установившегося тока в электроизоляционном материале. На практике за эту величину принимается объемное сопротивление, приведенное к кубической единице объема.

Примечание Размерность удельною объемного сопротивления в системе СИ — Ом*м На практике также используют единицу Ом*см.

2.3. Поверхностное сопротивление

Частное от деления значения постоянного напряжения, приложенного между двух электродов на поверхности образца, на значение тока между электродами в данное время после включения тока без учета возможной поляризации электродов.

1 Если не указано иначе, поверхностное сопротивление определяют через 1 мни после подачи напряжения.

2. Ток обычно проходит через поверхностный слой образца и любые соединения влажности и загрязнения, а кроме того включает составляющую тока через объем образца.

2.4. Удельное поверхностное сопротивление

Частное от деления значения напряженности электрического

поля постоянного тока на значение линейной плотности тока в поверхностном слое изоляционного материала. На практике это значение рассчитывают как поверхностное сопротивление единицы площади.

П р и м е ч а и и е. В системе СИ размерностью удельного поверхностного сопротивления является Ом На практике иногда употребляют «Ом на единицу площади».

Измерительные электроды представляют собой проводники определенной формы, размера и конфигурации, контактирующие с испытуемым образцом.

П р и м с ч а и и о. Сопротивление изоляции является частным от деления значения напряжения постоянного тока между двух электродов, контактирующих с образцом на значение суммарного тока между электродами. Сопротивление изоляции зависит от удельного объемною и поверхностного сопротивления образца (см. ГОСТ Р 50344).

3.1. В основном электроизоляционные материалы используются для изоляции частей электрической системы друг от друга и от

земли; твердые изоляционные материалы могут выполнять также функции механической опоры. Для этой цели обычно желательно иметь как можно большее сопротивление изоляции при наличии соответствующих механических, химических свойствах и нагрево-стойкости. Поверхностное сопротивление сильно зависит от влажности, а объемное сопротивление изменяется медленно, хотя окончательная величина изменения может быть больше.

3.2. Удельное объемное сопротивление можно использовать как критерий при выборе изоляционного материала для конкретного применения. Изменение удельного сопротивления в зависимости от температуры и влажности может быть значительным, поэтому следует принимать во внимание такие изменения при конструировании для данных условий эксплуатации. Измерение сопротивления часто используют для контроля однородности изоляционного материала при производстве или для обнаружения проводящих включений, влияющих на качество материала, которые трудно обнаружить другим способом.

3.3. При приложении постоянного напряжения к электродам, контактирующим с образцом, ток, проходящий через него, асимптотически снижается до установившейся величины. Уменьшение тока с течением времени является следствием диэлектрической поляризации и смещения подвижных ионов к электродам. Для материалов с удельным объемным сопротивлением менее 10 10 Ом-м (10 12 Ом*см) установившееся значение тока достигается в течение 1 мин. Сопротивление определяют через 1 мин после подачи напряжения. Для материалов с более высоким удельным объемным сопротивлением уменьшение тока может наблюдаться в течение нескольких минут, часов, дней или недель. Для таких материалов соответственно требуется большее время выдержки под напряжением и при возможности такие материалы характеризуются зависимостью удельного объемного сопротивления от времени.

3.4. Поверхностное сопротивление или поверхностную проводимость трудно измерить точно, т. к. в измерениях присутствует в той или иной мере объемная проводимость. Измеряемая величина в основном характеризует загрязнение поверхности образца при измерении.

Однако, диэлектрическая проницаемость образцов влияет на осаждение примесей, а их проводящая способность зависит от характеристик поверхности образца. Удельное поверхностное сопротивление не является свойством материала в обычном смысле, его можно рассматривать как относящееся к свойствам материала при наличии загрязнении. Некоторые материалы, такие как слоистые, могут иметь различное удельное сопротивление в поверхностном и

внутреннем слоях. В связи с этим интерес представляет измерение истинных свойств, присущих чистой поверхности материала. Следует точно указать методику очистки поверхности для получения результатов, учитывая влияние воздействия растворителей и других факторов процесса очистки на повеохностные характеристики.

Поверхностное сопротивление, особенно при больших его значениях, часто имеет неустановившееся значение и в общем случае сильно зависит от времени воздействия напряжения; для измерений обычно указывается время выдержки под напряжением 1 мин.

4. ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Для проведения испытаний требуется источник хорошо стабилизированного постоянного напряжения. Таким источником могут служить батареи или стабилизатор-выпрямитель. Степень стабильности должна быть такова, чтобы изменение тока за счет изменения напряжения было значительно меньше по сравнению с измеряемым током.

Обычно используют следующие значения напряжения, прикладываемого ко всему образцу: 100, 250, 500, 1000, 2500, 5000, 10000, 15000 В. Из этого ряда чаще используют значения 100, 500 и 1000 В.

В некоторых случаях сопротивление образца зависит от полярности прикладываемого напряжения.

Если сопротивление зависит от полярности прикладываемого напряжения, следует указать это в протоколе испытания. За результат принимают среднее геометрическое (среднее арифметическое логарифмических экспонент) двух значений сопротивления.

Поскольку сопротивление образца может зависеть от напряжения, следует указать также значение напряжения.

5. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И ТОЧНОСТЬ

5.1. Методы измерения

Обычно употребляют прямые или сравнительные методы измерения высоких значений сопротивления.

Прямые методы базируются на одновременном измерении значения постоянного напряжения, подаваемого на образец с неизвестным сопротивлением и током, протекающим через него (метод вольтметра-амперметра).

Методы сравнения устанавливают соотношение неизвестного сопротивления и сопротивления известного резистора с помощью мостовой схемы или сравнением токов через сопротивления при

Примеры, иллюстрирующие эти принципы приведены в приложении А

Метод вольтметра амперметра требует наличия достаточно точного вольтметра, но чувствительность и точность метода зависят в основном от характеристик измерительного устройства, которым может являться гальванометр, прибор с электронным усилением или электрометр

Метод моста требует наличия чувствительного детектора тока в качестве нуль — индикатора, а точность в основном определяется известными резисторами плеча моста, которую можно получить с высокой сходимостью и стабильностью в широком диапазоне сопротивлений Точность метода сравнения токов зависит от точности известного резистора и от стабильности и линейности прибора измерения тока, включая измерительные резисторы и т д, при этом точные значения тока не имеют значения при наличии постоянного значения напряжения Для сопротивлений порядка 10 й Ом можно использовать определение удельного объемного сопротивления в соответствии с п 10 1 с использованием гальванометра в методе вольтметра-амперметра Для более высоких значений сопротивле ния рекомендуется использовать усилитель постоянного тока или электрометр

По методу моста нельзя непосредственно измерить ток в короткозамкнутом образце (см п 10 1) Метод с использованием устройства, измеряющего ток, позволяет автоматически регистрировать ток, что облегчает контроль стабильности измерений (см п 10 1) Имеются специальные схемы и приборы для измерения высоких сопротивлений Их можно использовать при условии, если они достаточно стабильны и точны при необходимости обеспечивают соответствующее закорачивание образца и измерение тока перед включением напряжения

Измерительное устройство должно обеспечивать определение значения неизвестного сопротивления с суммарной точностью не менее ±10% для сопротивлений меньше 10 10 Ом и ±°0% для более высоких значений (см приложение А)

Изоляция измерительных схем изготовлена из материалов, в лучшем случае имеющих свойства, сравнимые с испытуемыми материалами

Ошибки измерений образца могут быть связаны

а) с паразитными токами от паразитных внешних напряжений,

которые обычно имеют неизвестную величину и произвольный характер;

б) с непроизвольным шунтированием сопротивления образца, эталонного резистора или устройства измерения тока изоляцией, которая имеет неизвестное сопротивление, возможно переменное по величине.

Полностью избежать этих погрешностей можно, используя насколько возможно высокие значения сопротивления изоляции на всех участках схемы. Это может привести к созданию громоздких устройств, которые вместе с тем не могут обеспечить измерения сопротивления изоляции выше нескольких сотен МОм. Более удовлетворительных результатов можно добиться, используя методику защиты.

Защита обеспечивается введением во всех критических изолированных участках схемы защитных проводников, которые прерывают все паразитные токи, которые в противном случае могут привести к ошибкам измерения. Защитные проводники соединены между собой, образуя защитную систему, формируя вместе с измерительными терминалами трехтерминальную сеть.

При соответствующем соединении паразитные токи от паразитных внешних напряжений шунтируются от измерительной цепи схемы защитной системой; сопротивление изоляции от любого измерительного терминала к защитной системе шунтирует элемент цепи схемы, который должен иметь намного меньшее сопротивление, и тогда сопротивление образца является единственным прямым путем между измерительными терминалами. Используя такую методику, можно значительно уменьшить вероятность погрешности.

На черт. 1 приведена принципиальная схема подключения защищенных электродов для измерения объемного и поверхностного сопротивлений.

На черт. 5 н 7 приведено соответствующее использование защитной системы для метода, включающего измерение тока, где защитная система присоединена к точке соединения источника напряжения и устройства для измерения тока.

На черт. 6 приведена схема защитной системы для метода моста Уитстона, включенная в точку соединения двух с более низкими значениями сопротивления плеч моста. Во всех случаях для эффективной работы защитная система должна быть полной и включать в себя любое из устройств, управляемое оператором при проведении измерений.

Э.д.с. электролитического, контактного или термического характера, возникающие между защитой и защищенными терминалами,

/ — защищенный (измерительный) электрод. 2 — незащищен ныЙ электрод (электрод напряжении), 3 — защитный (охран ныи) электрод

I — защищенный (измерительный) элект1>од. 2 — за щитный (охранный) элект

род. 3 — незащищенный эле ктрод (электрод напряже

можно компенсировать, если они незначительны. Следует убедиться, что такие э.д.с. не вносят ощутимых погрешностей в измерения.

Ошибки в измерении тока могут происходить из-за того, что устройство, измеряющее ток, шунтируется сопротивлением между защищенным терминалом и защитной системой. Это сопротивление должно быть по крайней мере в 10 раз (а предпочтительнее в 100 раз) больше сопротивления устройства, измеряющего ток. В некоторых мостовых схемах защита и измерительный терминал приведены практически к одному потенциалу, но стандартный резистор моста шунтируется сопротивлением между незащищенным терминалом и системой защиты. Это сопротивление должно быть по крайней мере в 10 раз (а предпочтительнее в 100 раз) больше сопротивления эталонного резистора.

Для обеспечения удовлетворительной работы оборудования измерения следует проводить при отключенном источнике напряжения от образца.

При таких условиях оборудование должно показывать бесконечное сопротивление в пределах его чувствительности. Если имеются соответствующие стандарты известных значений, их можно использовать для испытания работы оборудования.

6. ИСПЫТУЕМЫЕ ОБРАЗЦЫ

6.1. Удельное объемное сопротивление

Для определения удельного объемного сопротивления испытуе-

мый образец может иметь практически любую удобную форму, позволяющую использовать третий электрод для защиты от погрешностей, связанных с поверхностными эффектами. Для образцов с пренебрежимо малой поверхностной утечкой при измерении объемного сопротивления защиту можно не использовать при условии, что отсутствие защиты не оказывает практического влияния на результаты измерений.

Зазор на поверхности образца между защищенными и защитными электродами должен быть равномерной ширины и как можно более узким, при условии, что поверхностная утечка не вызывает погрешности измерении. Наименьший зазор, использующийся на практике, составляет 1 мм.

Пример расположения электродов на трубчатом образце

На черт 2 и 3 приведены примеры размещения трех электродов. При измерении объемного сопротивления электрод 1 является защищенным, 2 — защитным и 3 — незащищенным. Диаметр d\ (черт. 2) или длина 1\ (черт. 3) защищенного электрода должна быть нс менее чем в 10 раз больше толщины образца Л, для практических нужд обычно не менее 25 мм. Диаметр (или длина L) незащищенного электрода и внешний диаметр (1$ защитного электрода (или длина /з между внешними краями защитных электродов) должны быть равны внутреннему диаметру cl₂ защитного электрода (или длине /₂ между внутренними краями защитных электродов) плюс значение, равное удвоенной толщине образца.

6.2. Удельное поверхностное сопротивление

Для определения удельного поверхностного сопротивления испытуемый образец может иметь практически любую удобную форму, позволяющую использовать третий электрод для защиты от погрешности, связанной с объемными эффектами. Рекомендуется три варианта сборки электродов, показанные на черт. 2 и 3. Сопротивление зазора на поверхности между электродами / и 2 измеряется непосредственно электродом / в качестве защищенного электрода, электродом 3 как защитным и электродом 2 в качестве незащищенного.

Измеренное таким образом сопротивление включает поверхностное сопротивление между электродами / и 2 и объемное сопротивление между этими двумя электродами. При условии придания электродам соответствующих размеров, можно достичь пренебрежимо малой величины влияния объемного сопротивления в широком диапазоне окружающих условий и свойств материала Это ус ловце может быть достигнуто для размещения электродов показанных на черт. 2 и 3. Поверхностный зазор £ должен быть по крайней мере в два раза больше толщины образца; на практике берется минимальное значение 1 мм. Диаметр d\ (или длина /|) защищенного электрода должен быть не менее чем в 10 раз больше толщины образна /г. На практике обычно берется значение не менее 25 мм.

В качестве альтернативного варианта можно использовать прямые электроды или другие варианты с соответствующими размерами.

Примем а нио Из-за влияния тока через объем образца расчетное значение удельного поверхностного сопротивления может сильно зависеть от размеров образца и электродов Для сравнительного определения рекомендуется использовать образцы идентичном формы с расположением электродов в соответствии с черт. 2, имеющие размеры: (/. = 50 мм, d₂-60 мм, с/₃=80 мм.

Источник