絕緣材料直流電阻或電導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法

Standard Test Methods for DC Resistance or Conductance of Insulating Materials

絕緣材料直流電阻或電導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法¹

本標(biāo)準(zhǔn)是以固定代號(hào)D257發(fā)布的。其后的數(shù)字表示原文本正式通過(guò)的年號(hào)；在有修訂的情況下，為上一次的修訂年號(hào)；圓括號(hào)中數(shù)字為上一次重新確認(rèn)的年號(hào)。上標(biāo)符號(hào)（ε）表示對(duì)上次修改或重新確定的版本有編輯上的修改。
　　　　本標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)批準(zhǔn)用于*所有機(jī)構(gòu)。
1.　范圍
1.1 本試驗(yàn)方法包含直流絕緣電阻，體積電阻和表面電阻的測(cè)量所用直流程序。通過(guò)該測(cè)量及樣本和電極的幾何尺寸，可以計(jì)算出電絕緣材料的體積電阻和表面電阻，同時(shí)還可以計(jì)算出相應(yīng)的電導(dǎo)和電導(dǎo)率。

1.2 這些試驗(yàn)方法不適用于測(cè)量中等導(dǎo)電材料的電阻/電導(dǎo)。這些材料評(píng)估可采用試驗(yàn)方法D4496。

1.3 本標(biāo)準(zhǔn)描述了幾種可選擇的測(cè)量電阻（或電導(dǎo)）的普通備用方法。特殊材料科采用合適的標(biāo)準(zhǔn)ASTM試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，這些特殊材料具有電壓應(yīng)力范圍和有限起電時(shí)間，同時(shí)規(guī)定了樣本結(jié)構(gòu)和電極幾何形狀。這些個(gè)別特殊試驗(yàn)方法將能更好得定義測(cè)量值的精度和偏差。

1.4 本標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有*列舉所有的安全聲明，如果有必要，根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行斟酌。使用本規(guī)范前，使用者有責(zé)任制定符合安全和健康要求的條例和規(guī)范，并明確該規(guī)范的使用范圍。

2.　引用文件
2.1 ASTM標(biāo)準(zhǔn)：²
　　　　D150　　固體電絕緣材料的（恒定電介質(zhì)）的交流損耗特性和介電常數(shù)的測(cè)試方法

D374　　固體電絕緣材料厚度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（2013年撤消）³

D1169　　電絕緣液電阻率(電阻系數(shù))試驗(yàn)方法

D1711　　電絕緣相關(guān)術(shù)語(yǔ)

D4496　　中等導(dǎo)電材料直流電阻或電導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法

D5032　　用飽和甘油溶液方式維持恒定相對(duì)濕度的規(guī)程

D6054　　測(cè)試用電工絕緣材料的調(diào)節(jié)規(guī)程（2012年撤消）³

E104　　　用水溶液保持恒定相對(duì)濕度的規(guī)程

3. 術(shù)語(yǔ)

3.1　定義：

3.1.1　以下定義直接來(lái)自術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)D1711，適用于本標(biāo)準(zhǔn)正文所用術(shù)語(yǔ)。

3.1.2　絕緣電導(dǎo)，名詞——當(dāng)直流電壓施加到兩個(gè)電極上，兩個(gè)電極（在樣本上或樣本內(nèi)）之間的總體積和表面電流的比值。

3.1.2.1　討論——絕緣電導(dǎo)是絕緣電阻的倒數(shù)。

3.1.3　表面電導(dǎo)，名詞——當(dāng)直流電壓施加到兩個(gè)電極上，兩個(gè)電極（在樣本上表面）之間的電流的比值。

3.1.3.1　討論——（實(shí)際測(cè)量不可避免地要包含某些體積電導(dǎo)）表面電導(dǎo)是表面電阻的倒數(shù)。

3.1.4　體積電導(dǎo)，名詞——當(dāng)直流電壓施加到兩個(gè)電極上，兩個(gè)電極（在樣本上或樣本內(nèi)）之間的某個(gè)樣本體積的電流的比值。

3.1.4.1　討論——體積電導(dǎo)是體積電阻的倒數(shù)。

3.1.5　表面電導(dǎo)，名詞——表面電導(dǎo)率乘以樣本表面尺寸（電極之間的距離除以電極寬度定義為電流通路）的比值，該比值可變換為獲得的測(cè)量電導(dǎo)，如果在正方形的反面形成電極的話。

3.1.5.1　討論——表面電導(dǎo)用西門(mén)子表示。通常用西門(mén)子/平方（平方值大小是不重要的）來(lái)表示。表面電導(dǎo)是表面電阻的倒數(shù)。

3.1.6　體積電導(dǎo)，名詞——體積電導(dǎo)乘以樣本體積尺寸的比值（即電極之間距離除以電極的橫截面面積），該值可通過(guò)獲得電導(dǎo)轉(zhuǎn)化為測(cè)量電導(dǎo)，如果在單位立方體的反面形成電極的話。

3.1.6.1 討論——體積電導(dǎo)通常用西門(mén)子/厘米或西門(mén)子/米來(lái)表示，也是體積電阻的倒數(shù)。

3.1.7　中等導(dǎo)電的，形容詞——描述了固體材料的體積電阻在1到10000000Ω-cm之間。

3.1.8　絕緣電阻（R_i），名詞——施加到兩個(gè)電極（樣本上或樣本內(nèi)）總體積的直流電壓與電極間表面電流的比值。

3.1.8.1　討論——絕緣電阻是絕緣電導(dǎo)的倒數(shù)。

3.1.9　表面電阻（R_S），名詞——施加到兩個(gè)電極（樣本表面）的直流電壓與電極間電流的比值。

3.1.9.1　討論——（在實(shí)際測(cè)量時(shí)不可避免地包含某些體積電阻）表面電阻是表面電導(dǎo)的倒數(shù)。

3.1.10　體積電阻（R_V），名詞——施加到兩個(gè)電極（樣本上或里面）的直流電壓與電極間樣本體積上的電流的比值。

3.1.10.1　討論——體積電阻是體積電導(dǎo)的倒數(shù)。

3.1.11　表面電阻，（ρ_s），名詞——表面電阻率乘以樣本表面尺寸的比值（電極寬度定義為電流通路除以電極間的距離），該值能轉(zhuǎn)化為獲得的測(cè)量電阻，如果在正方形反面形成電極的話。

3.1.11.1 討論——表面電阻用歐姆表示。通常也可用歐姆/平方來(lái)表示（平方值大小是不重要的）。表面電阻是表面電導(dǎo)的倒數(shù)。

3.1.12　體積電阻，（ρ_v），名詞——體積電阻率乘以樣本體積尺寸的比值（電極間樣本的橫截面面積除以電極間的距離），該值能轉(zhuǎn)化為獲得電阻的測(cè)量電阻，如果在單位立方體的反面形成電極的話。

3.1.12.1 討論——體積電阻通常用歐姆-厘米（優(yōu)選）或歐姆-米來(lái)表示。體積電阻是體積電導(dǎo)的倒數(shù)。

4. 試驗(yàn)方法的摘要

4.1　材料樣本或電容器的電阻或電導(dǎo)通過(guò)在規(guī)定條件下測(cè)量電流或電壓下降而得出。通過(guò)使用合適的電極體系，可分別測(cè)量表面和體積電阻或電導(dǎo)。當(dāng)要求的樣本和電極尺寸已知時(shí)，此時(shí)可以計(jì)算出電阻或電導(dǎo)。

5. 重要性和用途

5.1　絕緣材料用于電子系統(tǒng)彼此和與地面之間隔離，該材料能提供零部件的機(jī)械支撐。由于此用途，通常要求具有盡可能高的絕緣電阻，以與可接受的機(jī)械、化學(xué)和耐熱性能*。因?yàn)榻^緣電阻或電導(dǎo)組合了體積和表面電阻或電導(dǎo)，當(dāng)實(shí)際使用時(shí)，要求試驗(yàn)樣本和電有相同的形式，此時(shí)的測(cè)量值是非常有用的。表面電阻或電導(dǎo)隨著濕度發(fā)生快速變化，然而體積電阻或電導(dǎo)則稍微變化，盡管總的變化在一些變化可能更大。

5.2　電阻或電導(dǎo)可用于間接預(yù)測(cè)某些材料的低頻率電介質(zhì)擊穿和損耗因數(shù)性能。電阻或電導(dǎo)通常作為濕度含量，固化程度，機(jī)械連續(xù)性或不同類型老化的間接測(cè)量方式。這些間接測(cè)量的效用取決于通過(guò)理論或經(jīng)驗(yàn)研究確立的相關(guān)度。表面電阻的降低可導(dǎo)致因?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度降低而發(fā)生電介質(zhì)擊穿電壓的增加，或者由于應(yīng)力面積的增加而發(fā)生電介質(zhì)擊穿電壓的降低。

5.3　所有的電介質(zhì)電阻或電導(dǎo)都取決于電化時(shí)間長(zhǎng)短和施加的電壓值（除了普通的環(huán)境變量之外）。這些因素必須已知，同時(shí)報(bào)告，以使得電阻或電導(dǎo)測(cè)量值有意義。在電絕緣材料工業(yè)中，形容詞“表觀”通常適用于在任意選擇電化時(shí)間條件下獲得的電阻值。見(jiàn)X1.4。

5.4 體積電阻或電導(dǎo)可通過(guò)在特定應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)某個(gè)絕緣體使用的電阻和尺寸數(shù)據(jù)計(jì)算得出。研究已經(jīng)表明電阻或電導(dǎo)隨著溫度和濕度的變化而變化（1,2,3,4）⁴，同時(shí)在設(shè)計(jì)工作條件時(shí)，必須已知這種變化。體積電阻或電導(dǎo)測(cè)量值通常用于檢查絕緣材料的均勻性，或者對(duì)于加工，可探測(cè)影響材料質(zhì)量的導(dǎo)電雜質(zhì)，而這不容易通過(guò)其它方法觀察到。

5.5 體積電阻超過(guò)10²¹Ω·cm(10¹⁹Ω·cm)時(shí)，樣本在普通實(shí)驗(yàn)室條件測(cè)試獲得的數(shù)值計(jì)算得出體積電阻，如果結(jié)果確實(shí)可疑，則應(yīng)考慮通常使用的測(cè)量設(shè)備的局限性。

5.6　表面電阻或電導(dǎo)不能準(zhǔn)確測(cè)量，只能近似測(cè)量，因?yàn)轶w積電阻或電導(dǎo)總是受到測(cè)量方法的影響。測(cè)量值還受到表面污染的影響。表面污染及其積聚速度受到許多因素的影響，包括靜電充電和界面張力。這些因素反過(guò)來(lái)可以影響表面電阻。當(dāng)包括污染，但是在通常常識(shí)下判斷不是電絕緣材料的材料性能時(shí)，此時(shí)表面電阻或電導(dǎo)可視為與材料性能相關(guān)。

6. 電極系統(tǒng)

6.1　絕緣材料的電極將允許親密接觸樣本表面，同時(shí)不會(huì)由于電極電阻或樣本的污染（5）而引入相當(dāng)可觀的誤差。電極材料應(yīng)在試驗(yàn)條件下能耐腐蝕。當(dāng)對(duì)制造樣本進(jìn)行測(cè)試時(shí)，例如連接襯套，線纜等等，采用的電極作為樣本或其裝配組件的一部分。在這類場(chǎng)合，絕緣電阻或電導(dǎo)的測(cè)量值此時(shí)包括電極或安裝材料的污染影響，同時(shí)在實(shí)際使用時(shí)通常與樣本性能有關(guān)。

³括號(hào)里的粗體數(shù)字參閱這些試驗(yàn)方法附屬的參考文獻(xiàn)清單。

圖1 　接線柱電極（用于扁平固體樣本）

6.1.1　接線柱和錐形銷(xiāo)電極，圖1和圖2，提供了一種施加電壓到剛性絕緣材料的方法，以允許評(píng)估材料的電阻或電導(dǎo)性能。這些電極嘗試模擬實(shí)際使用條件，例如儀器面板和接線板上的接線柱。當(dāng)層壓絕緣材料具有高樹(shù)脂含量表面時(shí)，錐形銷(xiāo)電極與接線柱電極相比，由于其能更加親密接觸絕緣材料實(shí)體上，可以獲得稍微較低點(diǎn)的絕緣電阻值。獲得的電阻或電導(dǎo)值高度受到每個(gè)銷(xiāo)子與電介質(zhì)材料的獨(dú)立接觸，銷(xiāo)子的表面粗糙度和電介質(zhì)材料中孔的光潔度的影響。不同樣本很難獲得再現(xiàn)性的試驗(yàn)結(jié)果。

A.　厚板樣本

B.　管狀樣本

C.　條狀樣本

使用普拉特&惠特尼No.3錐形銷(xiāo)

圖2 　錐形銷(xiāo)電極

6.1.2　圖3試驗(yàn)裝置的金屬棒主要設(shè)計(jì)用于評(píng)估撓性帶狀薄固體樣本的絕緣電阻或電導(dǎo)，可作為電學(xué)質(zhì)量控制的一種簡(jiǎn)單簡(jiǎn)易的方式。當(dāng)絕緣材料的寬度比其厚度大很多時(shí)，該裝置在能更滿意獲得表面電阻或電導(dǎo)的近似值。

6.1.3　銀色漆，圖4，圖5和圖6，在商業(yè)用途通常具有到高電導(dǎo)性能，銀色漆有空氣干燥或低溫烘烤型兩個(gè)品種，其具有足夠的孔隙，以允許濕氣在銀色漆之間擴(kuò)散，因此在施加電極之后，允許對(duì)試驗(yàn)樣本進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。在研究耐濕度影響和溫度變化的影響時(shí)，這是一個(gè)特別有用的特征，然而，在將電導(dǎo)漆作為電極材料之前，應(yīng)確保漆中的溶劑不會(huì)侵蝕材料，以改變材料的電性能。用細(xì)毛刷可獲得相當(dāng)光滑的保護(hù)電極邊緣。然而，對(duì)于圓盤(pán)狀電極，當(dāng)使用刻度圓規(guī)和銀色漆繪制電極的輪廓圓，同時(shí)用刷子充滿封閉區(qū)域時(shí)，可以獲得更加尖銳的邊緣。

6.1.4　可以使用圖4，圖5和圖6所示的噴涂金屬，如果試驗(yàn)樣本可以獲得滿意的附著力性能。薄噴涂電極在漆膜盡可能快的涂覆方面具有特殊優(yōu)點(diǎn)。

6.1.5　在6.1.4給定的相同條件下，可以使用蒸鍍金屬。

6.1.6 圖4所示的金屬箔可以作為電極作用到樣本表面上。電介質(zhì)電阻或電導(dǎo)研究所用金屬箔的厚度范圍為6~80μm。鉛或錫箔是較常用的箔，這些物質(zhì)通過(guò)較小數(shù)量的凡士林、硅潤(rùn)脂，油或其它合適材料作為粘合劑使得箔附著在試驗(yàn)樣本上。這類電極應(yīng)施加足夠的平穩(wěn)壓力以排除所有皺褶，同時(shí)清除箔邊緣周?chē)^(guò)量的粘合劑，此處可以通過(guò)清洗手巾紙來(lái)擦拭過(guò)量的粘合劑。一種非常有效的方法是使用一臺(tái)硬的窄滾壓機(jī)（寬度為10-15mm），同時(shí)向外滾壓表面，直到箔上沒(méi)有可見(jiàn)的壓印痕跡。只有樣本具有非常平的表面，本技術(shù)才可以滿足使用需求。粘合劑薄膜應(yīng)小心地降低到2.5μm。由于該薄膜與樣本相關(guān)連，它將總是導(dǎo)致測(cè)量電阻值太高。對(duì)于厚度＜250μm的較低電阻樣本，該誤差可能變得*。同時(shí)，硬滾壓機(jī)可用力將尖銳粒子壓入或穿過(guò)薄膜（50μm）。箔電極沒(méi)有氣孔，在電極作用之后將不允許對(duì)試驗(yàn)樣本進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。粘合劑可在高溫下喪失其有效性，迫使有必要在壓力下使用扁平金屬支撐板。在合適切割設(shè)備幫助下，可能從某個(gè)電極切割成合適寬度的條帶，以形成被保護(hù)電極和保護(hù)電極。該三接線柱樣本通常不能用于表面電阻或電導(dǎo)測(cè)量，因?yàn)橛椭瑲埩粼陂g隙表面。

6.1.7 如圖4所示，水中或其它合適裝置中分散的膠體石墨可用于刷洗無(wú)孔薄板絕緣材料，以形成空氣干燥電極。只有滿足以下所有的條件，才*使用該電極材料：

6.1.7.1　待測(cè)試的材料必須接受一層石墨涂層，該涂層在測(cè)試之前將不會(huì)發(fā)生脫落。

6.1.7.2　正在測(cè)試的材料必須不能輕易吸收水。

6.1.7.3　狀態(tài)調(diào)節(jié)必須在干燥氣氛（規(guī)程D 6054，步驟B）中進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)在相同氣氛中進(jìn)行測(cè)量。

6.1.8　液態(tài)金屬電極能給出滿意的結(jié)果，同時(shí)可作為一種備用方法來(lái)使得與樣達(dá)到必要的接觸，以有效地進(jìn)行電阻測(cè)量。上端電極形成的液態(tài)金屬應(yīng)受到不銹鋼環(huán)形件的限制，每個(gè)環(huán)形件應(yīng)通過(guò)在遠(yuǎn)離液態(tài)金屬的側(cè)上磨斜邊的方式來(lái)讓其較低的邊緣縮減至形成一個(gè)銳邊緣。圖7和圖8顯示了兩種可能的電極布置方式。

6.1.9 圖4的金屬平板（被保護(hù)的）可在室溫和高溫下用于測(cè)試撓性和壓縮材料。對(duì)條帶來(lái)說(shuō)，該金屬平板應(yīng)為圓形或矩形。

6.1.9.1　在某些電池設(shè)計(jì)中采用觀察到金屬平板電極體系變化來(lái)測(cè)量油脂或填充化合物。該電池預(yù)先裝配，然后待測(cè)試材料添加到固定電極之間的電池中或電極以預(yù)定電極間距強(qiáng)制壓入材料中。由于這些電池中電極形狀的原因，使得難于測(cè)量有效電極區(qū)域和電極之間的距離。每個(gè)電池常數(shù)K（等于表1的A/t因子）可通過(guò)下式獲得：

　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

式中：

K單位為厘米；

C單位為皮法拉，指的是以空氣為電介質(zhì)的電極體系電容。C的測(cè)量方法見(jiàn)試驗(yàn)方法D150。

6.1.10如圖4所示，導(dǎo)電橡膠已經(jīng)用作為電極材料。導(dǎo)電橡膠材料必須采用合適的板子作為襯里，同時(shí)必須足夠軟，以使得當(dāng)施加適當(dāng)壓力時(shí)，可與樣本獲得有效接觸。

注1：有證據(jù)表明采用導(dǎo)電橡膠電極獲得電導(dǎo)值總是小于（20～70%）采用錫箔電極獲得的值（6）。當(dāng)訂單對(duì)數(shù)值精度有要求時(shí)，這些接觸誤差可以忽略，一套適當(dāng)設(shè)計(jì)的導(dǎo)電橡膠電極可提供一種快速方式來(lái)測(cè)量電導(dǎo)和電阻。

6.1.11 在測(cè)試導(dǎo)線和線纜的絕緣性時(shí)，水可用作為一個(gè)電極。樣本兩端必須遠(yuǎn)離水，同時(shí)其長(zhǎng)度應(yīng)使得可以忽略沿著絕緣材料的泄漏。當(dāng)有必要在樣本每一端使用保護(hù)時(shí)，參考特定的導(dǎo)線和線纜試驗(yàn)方法。當(dāng)用于標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)，要求在水中添加氯化鈉以使得氯化鈉濃度為1.0～1.1%NaCl，以確保獲得適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)。在溫度達(dá)到大約100℃進(jìn)行測(cè)量證明是可行的。

圖3 　條帶和扁平固體樣本的帶狀電極

圖4 　體積和表面電阻或電導(dǎo)測(cè)量用扁平樣本

圖5 　體積和表面電阻或電導(dǎo)測(cè)量用管狀樣本

　A-厚板樣本

B—管子或條料樣本

圖6　　涂導(dǎo)電漆膜電極

圖7 　扁平固體樣本用液體金屬電極

圖8 　薄片狀材料用液體金屬電池

7.　裝置和試驗(yàn)方法的選擇

7.1 電源——要求采用穩(wěn)定的直流電壓電源（見(jiàn)X1.7.3）。蓄電池或其它穩(wěn)定直流電壓電源已經(jīng)證明適用于該用途。

7.2 保護(hù)回路——不管是采用兩個(gè)電極（沒(méi)有保護(hù)）測(cè)量絕緣材料的電阻，或者是采用三個(gè)終端系統(tǒng)（兩個(gè)電極加上保護(hù)）測(cè)量絕緣材料的電阻，都要考慮怎樣在試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)樣本之間進(jìn)行電連接。如果試驗(yàn)樣本遠(yuǎn)離試驗(yàn)設(shè)備一段距離，或者試驗(yàn)樣本在濕熱條件下進(jìn)行測(cè)試，或者樣本電阻預(yù)期相對(duì)比較高（10¹⁰～10¹⁵ohms），則試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)樣本之間可能容易存在虛假的電阻通路。有必要采用保護(hù)回路來(lái)使得這些虛假通路的干涉降至較低（也可見(jiàn)X1.9）。

7.2.1 帶保護(hù)電極——使用同軸電纜，其芯部通向保護(hù)電極，屏蔽端通向保護(hù)電極，以使得試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)樣本之間獲得適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)連接。

7.2.2 沒(méi)有保護(hù)電極——使用同軸電纜，芯部通向某一電極，屏蔽端端接到從芯部末端大約1cm處（也可見(jiàn)圖10）。

7.3　直接測(cè)量——采用任何設(shè)備（設(shè)備具有±10%的靈敏度和精度）測(cè)量在固定電壓下通過(guò)樣本的電流。適用的電流測(cè)量設(shè)備包括靜電計(jì)，帶指示器的直流放大器，和電流計(jì)。典型方法和回路見(jiàn)附錄X3規(guī)定。當(dāng)校準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備刻度盤(pán)來(lái)直接讀取歐姆電阻值時(shí)，則不要求計(jì)算電阻測(cè)量值。

7.4　比較法——惠斯登電橋回路可采用標(biāo)準(zhǔn)電阻器電阻來(lái)比較樣本電阻（見(jiàn)附錄X3）。

7.5　精度和偏差考慮：

7.5.1 概述——作為設(shè)備選擇的指導(dǎo)，表2總結(jié)了相關(guān)的考慮因素，但是不暗示列舉的示例是適用的。該擬用于采用現(xiàn)代設(shè)備顯示明顯可能的范圍。在任何場(chǎng)合，只有小心選擇設(shè)備組合，才可以獲得或者超過(guò)這些范圍。然而，必須強(qiáng)調(diào)考慮的誤差只是測(cè)量?jī)x器的誤差。如附錄X1討論的誤差是一個(gè)*不同問(wèn)題。在后面的連接中，表2的較后一列列舉了采用不同方法由保護(hù)電極和保護(hù)體系之間的絕緣電阻分流的電阻。通常來(lái)說(shuō)，該電阻值越低，由于過(guò)度分流導(dǎo)致的誤差可能性就越小。

注2：不管采用何種測(cè)量方法，只有認(rèn)真評(píng)估所有誤差源，才可獲得較高的精度。有可能確立這些零部件的任何測(cè)量方法，或者獲得完整試驗(yàn)裝置的測(cè)量方法。通常來(lái)說(shuō)，采用高靈敏度電流計(jì)的方法要求比采用指示器或記錄器的方法獲得更加較久得安裝。采用指示器（例如電壓表，電流計(jì)，直流放大器和靜電計(jì)）的方法要求手動(dòng)調(diào)節(jié)較小，同時(shí)容易讀數(shù)，但是要求操作者在特定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行讀數(shù)。惠斯登電橋（圖X1.4）和電位計(jì)方法（圖X1.2（b））要求操作者專心保持平衡，但是允許在空閑時(shí)設(shè)定在特定時(shí)間時(shí)讀數(shù)。

圖9 　體積和表面電阻測(cè)量用保護(hù)電極連接（體積電阻銜接圖示）

圖10 　體積和表面電阻測(cè)量用未保護(hù)電極連接（體積電阻銜接圖示）

7.5.2 直接測(cè)量：

7.5.2.1 電流計(jì)-電壓表——采用電流計(jì)-電壓表方法測(cè)量電阻的較大百分比誤差是電流計(jì)指示性，電流計(jì)可讀性和電壓表指示性的百分比誤差總和。一個(gè)示例是：當(dāng)500V施加到40GΩ電阻時(shí)（電導(dǎo)為25pS），靈敏度為500/pA刻度的電流計(jì)將偏離25個(gè)刻度。如果偏離可讀取到接近0.5個(gè)刻度時(shí)，同時(shí)校準(zhǔn)誤差（包括埃爾頓頓分流誤差）為觀測(cè)值的±2%，較終的電流計(jì)誤差將不超過(guò)±4%。如果電壓表誤差為±2%的滿刻度，當(dāng)電壓表讀取滿刻度時(shí)，可采用±6%較大誤差來(lái)測(cè)量該電阻值；同時(shí)當(dāng)讀取1/3的滿刻度時(shí)，可采用±10%較大誤差來(lái)測(cè)量該電阻值。要求讀取接近滿刻度是容易顯而易見(jiàn)的。

7.5.2.2　電壓表-電流表——計(jì)算值的較大百分比誤差是指電壓V_x，V_s和電阻R_s的百分比誤差的總和。與特定方法相比，V_s和R_s的誤差通常更取決于采用設(shè)備的特征。確定V_s誤差的較關(guān)鍵因素是指示器誤差，放大器零漂移和放大器增益穩(wěn)定性。采用新式精心設(shè)計(jì)放大器或靜電計(jì)，增益穩(wěn)定性通常不是關(guān)注的問(wèn)題。采用現(xiàn)有的技術(shù)，直流電壓放大器或靜電計(jì)的零漂移不能夠排除，但是可以將之足夠低而成為這些測(cè)量的相對(duì)不關(guān)鍵因素。只要精心設(shè)計(jì)換流器型放大器，零漂移實(shí)際上不存在。因此，假如電位計(jì)電壓準(zhǔn)確已知的話，圖X1.2（b）的零位法理論上比采用指示器的方法誤差更小。Rs的誤差取決于放大器靈敏度。當(dāng)在給定電流下測(cè)量時(shí)，放大器靈敏度越高，較低值可能性越大，此時(shí)可使用高精密線纏繞標(biāo)準(zhǔn)電阻器。放大器可以獲得。已知準(zhǔn)確到±2%的100GΩ標(biāo)準(zhǔn)電阻是可以適用的。當(dāng)施加500V時(shí)，如果放大器或靜電計(jì)的10mV輸入能提供滿刻度偏移，誤差不大于2%的滿刻度，則可采用6%的較大誤差（當(dāng)電壓計(jì)讀取滿刻度時(shí)）或10%的較大誤差（當(dāng)電壓計(jì)讀取1/3刻度時(shí)）來(lái)測(cè)定5000TΩ的電阻。

7.5.2.3　比較-電流計(jì)——計(jì)算電阻或電導(dǎo)的較大百分比誤差是指Rs，電流計(jì)偏移或放大器讀數(shù)的百分比誤差總和，同時(shí)假設(shè)電流靈敏度與偏移無(wú)關(guān)。對(duì)于新式電流計(jì)（直流電流放大器可能發(fā)生1/3刻度偏移），后者的假設(shè)精度到±2%有用范圍之內(nèi)（在1/10滿刻度偏移之上）。Rs的誤差取決于采用的電阻器類型，但是1MΩ電阻的誤差極限低至0.1%是適用的。對(duì)于滿刻度偏移，采用靈敏度為10nA的電流計(jì)或直流電流放大器，500V施加到5TΩ電阻上將能產(chǎn)生1%的偏移。在該電壓處，采用先前標(biāo)記的標(biāo)準(zhǔn)電阻器，F(xiàn)s=10⁵，ds將大約為1/2的滿刻度偏移，可讀性誤差不大于±1%。如果d_x大約為1/4滿刻度偏移，可讀性誤差將不超過(guò)±4%，同時(shí)可以在±5-1/2%較大誤差下測(cè)量200GΩ電阻。

7.5.2.4　電壓變化速率——測(cè)量精度直接與施加電壓和電流計(jì)讀數(shù)變化的時(shí)間率測(cè)量精度成比例。靜電計(jì)開(kāi)關(guān)打開(kāi)的時(shí)間長(zhǎng)短和采用的刻度應(yīng)使得可以準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)間，同時(shí)可獲得滿刻度讀數(shù)。在這些條件下，精度將與其它測(cè)量電流方法的精度相當(dāng)。

7.5.2.5　比較電橋——當(dāng)探測(cè)器具有適當(dāng)?shù)撵`敏度，電腦電阻的較大百分比誤差是指臂A，B和N的百分比誤差總和。當(dāng)采用1　mV/分刻度的探測(cè)器靈敏度時(shí)，500V電壓施加到電橋上，R_N=1GΩ，電阻為1000TΩ將能產(chǎn)生一個(gè)分刻度的探測(cè)器偏移。假設(shè)忽略R_A和R_B的誤差，已知R_N=1GΩ在±2%之內(nèi)，同時(shí)電橋平衡在一個(gè)探測(cè)器分刻度，可采用±6%的較大誤差來(lái)測(cè)量100TΩ的電阻。

7.6　幾個(gè)制造商可提供必要的滿足本方法要求的零件或系統(tǒng)。

8.　抽樣

8.1 抽樣說(shuō)明參考相應(yīng)材料規(guī)范。

9.　試驗(yàn)樣本

9.1　絕緣電阻或電導(dǎo)測(cè)定：

9.1.1 當(dāng)樣本具有實(shí)際用途要求的形狀，電極和安裝方式時(shí)，測(cè)量值為較大值。襯套，電纜和電容器為典型示例，在這些示例中，試驗(yàn)電極作為樣本的一部分，同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)的安裝方式。

9.1.2 對(duì)于固體材料，樣本較常用形狀為扁平厚板，條帶，條料和管材。圖2的電極布置可應(yīng)用于扁平厚板，條料或內(nèi)徑大約為20mm或更大的剛性管子。圖3的電極布置可應(yīng)用于板材帶材或撓性條帶。對(duì)于剛性帶材樣本，金屬支撐可以不作要求。圖6的電極布置可應(yīng)用于扁平厚板，條料或管材。

9.2 體積電阻或電導(dǎo)測(cè)定：

9.2.1 試驗(yàn)樣本形狀應(yīng)允許使用第三個(gè)電極，當(dāng)必要時(shí)，以避免來(lái)自表面效應(yīng)的誤差。試驗(yàn)樣本可為扁平厚板，條帶或管子形狀。圖4，圖7和圖8顯示了厚板或薄板樣本的電極應(yīng)用和布置。圖5中三個(gè)電極作用到管子樣本的徑向橫截面，在圖中，前列電極為被保護(hù)電極；No.2電極為保護(hù)電極，在前列電極每一端包含一個(gè)環(huán)圈，兩個(gè)環(huán)圈電子連接；No.3電極為非保護(hù)電極（7,8）。對(duì)于忽略表面泄漏的材料，只檢查體積電阻，可忽略使用保護(hù)環(huán)圈。圖4適用于3mm厚樣本尺寸如下：D₃=100mm，D₂=88mm和D₁=76mm，或者作為一種選擇，D₃=50mm，D₂=38mm和D₁=25mm。對(duì)于某一給定靈敏度，較大樣本允許在較高電阻材料上進(jìn)行更加準(zhǔn)確測(cè)量。

9.2.2 依據(jù)待測(cè)試材料，按試驗(yàn)方法D374的某種方法測(cè)量樣本的平均厚度。實(shí)際測(cè)量點(diǎn)應(yīng)均勻分布在測(cè)量電極包括的區(qū)域內(nèi)。

9.2.3 當(dāng)要求測(cè)定體積電阻或電導(dǎo)時(shí)，被保護(hù)電極（前列）應(yīng)允許計(jì)算被保護(hù)電極的有效面積。圓形電極的直徑，正方形電極邊長(zhǎng)或者矩形電極的較短邊長(zhǎng)應(yīng)至少為4倍的規(guī)定厚度。間隙寬度應(yīng)足夠大，以使得前列電極和No.2電極之間的表面泄漏不會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差（這對(duì)高輸入阻抗設(shè)備尤其重要，例如靜電計(jì)）。如果按照9.3.3的建議間距等于兩倍的樣本厚度，以使得樣本可以用于測(cè)定表面電阻或電導(dǎo)，此時(shí)可足夠準(zhǔn)確測(cè)定前列電極的有效面積。如果需要更準(zhǔn)確測(cè)定前列電極的有效面積，可從附錄X2獲得間距寬度修正值。No.3電極應(yīng)在所有點(diǎn)可延伸到No.2電極內(nèi)側(cè)邊緣至少兩倍的樣本厚度。

9.2.4 對(duì)于管狀樣本，前列電極應(yīng)包圍樣本外側(cè)，同時(shí)電極軸向長(zhǎng)度應(yīng)至少為4倍的樣本壁厚。間距寬度相關(guān)考慮與9.2.3所述相同。No.2電極包含管子每一端的包圍電極，兩個(gè)零件通過(guò)外部方式進(jìn)行電子連接。每一個(gè)零件的軸向長(zhǎng)度應(yīng)至少為2倍樣本的壁厚。No.3電極必須包括樣本的內(nèi)表面，軸向長(zhǎng)度延伸到外側(cè)間隙邊緣，延伸距離至少為兩倍的壁厚。管狀樣本（圖5）可采用絕緣導(dǎo)線或電纜形狀。如果電極長(zhǎng)度大于100倍的絕緣材料厚度，被保護(hù)電部效應(yīng)可以忽略，同時(shí)保護(hù)電極的精細(xì)間距不作要求。因此，當(dāng)水作為前列電極，前列和No.2電極之間的間距可為幾厘米，以允許這些電極之間的表面電阻足夠。在這種場(chǎng)合，不對(duì)間距寬度進(jìn)行修正。

9.3 表面電阻或電導(dǎo)測(cè)定：

9.3.1 試驗(yàn)樣本可為與特定目的*的任何可行形狀，例如扁平厚板，條帶或管子。

9.3.2 圖2和圖3的布置設(shè)計(jì)用于已知體積電阻比表面（2）電阻相對(duì)高的場(chǎng)合。然而，對(duì)于剛性帶狀樣本，這些模壓和機(jī)加工表面組合使得獲得的結(jié)果通常無(wú)效。當(dāng)樣本寬度大于厚度時(shí)，圖3的布置更能滿足要求，因此切邊效應(yīng)趨向于變得相對(duì)小。因此，本布置更適合用于測(cè)定薄樣本，例如條帶。在沒(méi)有考慮先前注明的限制因素時(shí)，表面電阻或電導(dǎo)測(cè)試時(shí)必須從不使用圖2和圖3的布置。

9.3.3　圖4，圖6和圖7的三個(gè)電極布置可以用于材料比較用途。前列和No.2電極之間的表面間距的電阻或電導(dǎo)應(yīng)直接采用前列電極作為被保護(hù)電極，No.3電極作為保護(hù)電極，No.2電極作為非保護(hù)電極（7,8）來(lái)進(jìn)行直接測(cè)定。如此測(cè)定的電阻或電導(dǎo)實(shí)際上為前列和No.2電極之間的表面電阻或電導(dǎo)，同時(shí)與相同兩個(gè)電極之間的某些體積電阻或電導(dǎo)相關(guān)聯(lián)。在本布置中，表面間距寬度g應(yīng)大約為兩倍的樣本厚度t，除了薄樣本之外，其中g(shù)可遠(yuǎn)大于兩倍的材料厚度。

9.3.4 對(duì)于具有低體積電阻的非常薄樣本，此時(shí)被保護(hù)電極和保護(hù)系統(tǒng)之間產(chǎn)生的低電阻可以導(dǎo)致過(guò)度的誤差，此時(shí)要求采用特殊技術(shù)和電極尺寸。

9.4 液體絕緣電阻——液體絕緣材料抽樣，采用的試驗(yàn)電池和電池清洗方法應(yīng)滿足試驗(yàn)方法D 1169的規(guī)定。

10.　樣本安裝

10.1　測(cè)量時(shí)安裝樣本時(shí)，電極之間或者測(cè)量電極和地面之間沒(méi)有導(dǎo)電通路是非常重要的（9）。避免用裸手處理絕緣表面，而是應(yīng)該穿戴醋酸人造纖維手套。對(duì)于體積電阻或電導(dǎo)的仲裁實(shí)驗(yàn)，在調(diào)節(jié)之前采用合適溶劑清洗表面。當(dāng)要測(cè)量表面電阻時(shí)，可互相協(xié)定是否應(yīng)清洗表面。如果要求清洗，記錄任何表面清洗的詳細(xì)信息。

11.　調(diào)節(jié)

11.1　按規(guī)程D 6054調(diào)節(jié)樣本。

11.2　規(guī)程E 104或D 5032所述的循環(huán)空氣環(huán)境試驗(yàn)箱或方法對(duì)控制相對(duì)濕度非常有用。

12.　步驟

12.1 絕緣電阻或電導(dǎo)——在試驗(yàn)箱中正確安裝樣本。如果試驗(yàn)箱和調(diào)節(jié)試驗(yàn)箱相同（*步驟），應(yīng)在調(diào)節(jié)開(kāi)始之前安裝樣本。采用具有要求靈敏度和精度的設(shè)備進(jìn)行測(cè)量（見(jiàn)附錄X3）。除非另有規(guī)定，采用60s的電化時(shí)間，500±5V的作用電壓。

12.2　體積電阻或電導(dǎo)——測(cè)量和記錄電極尺寸，保護(hù)間距寬度g。計(jì)算電極的有效面積。采用具有要求靈敏度和精度的設(shè)備進(jìn)行電阻測(cè)量。除非另有規(guī)定，采用60s的電化時(shí)間，500±5V的作用直流電壓。

12.3　表面電阻或電導(dǎo)：

12.3.1 測(cè)量電極尺寸，電極之間距離g。采用具有要求靈敏度和精度的設(shè)備測(cè)量前列和2電極之間的表面電阻或電導(dǎo)。除非另有規(guī)定，采用60s的電化時(shí)間，500±5V的作用直流電壓。

12.3.2　當(dāng)使用圖3的電極布置，P視為樣本橫截面的周長(zhǎng)。對(duì)于薄樣本，例如條帶，周長(zhǎng)能有效降低至兩倍的樣本寬度。

12.3.3　當(dāng)使用圖6的電極布置，同時(shí)如果與表面電阻（例如濕氣污染絕緣材料表面）相比，已知體積電阻非常高時(shí)，P視為兩倍的電極長(zhǎng)度或者兩倍的圓柱體周長(zhǎng)。

13.　計(jì)算

13.1 采用表1等式計(jì)算體積電阻和體積電導(dǎo)。

13.2　采用表1等式計(jì)算表面電阻和表面電導(dǎo)。

14.　報(bào)告

14.1 報(bào)告所有以下信息：

14.1.1 材料描述和標(biāo)識(shí)（名稱，等級(jí)，顏色，制造商等等）。

14.1.2 試驗(yàn)樣本的形狀和尺寸。

14.1.3 電極的類型和尺寸。

14.1.4 樣本調(diào)節(jié)（清洗，預(yù)干燥，在濕度和溫度下的調(diào)節(jié)時(shí)間等等）。

14.1.5 試驗(yàn)條件（測(cè)量時(shí)的試樣溫度，相對(duì)濕度等）。

14.1.6 測(cè)量方法（見(jiàn)附錄X3）。

14.1.7　作用電壓。

14.1.8　測(cè)量的電化時(shí)間。

14.1.9　相應(yīng)電阻測(cè)量值（單位為歐姆）或電導(dǎo)（單位為西門(mén)子）。

14.1.10　當(dāng)要求時(shí)，體積電阻計(jì)算值（單位為歐姆-厘米），體積電導(dǎo)計(jì)算值（單位為西門(mén)子/厘米），表面電阻計(jì)算值（單位為歐姆（每平方））或表面電導(dǎo)計(jì)算值（單位為西門(mén)子（每平方））。

14.1.11 說(shuō)明報(bào)告值是否為“表觀”或者“穩(wěn)定狀態(tài)”。

14.1.11.1　在測(cè)試用后者75%特定電化時(shí)間期間，只有回路中的電流數(shù)值變化保持在±5%之內(nèi)，才可獲得“穩(wěn)定狀態(tài)”值。在任何其他情況下進(jìn)行的測(cè)試視為“表觀”。

15.　精度和偏差

15.1 精度和偏差天性受到方法，設(shè)備和樣本選擇方法的影響。分析細(xì)節(jié)見(jiàn)第7和9節(jié)，尤其得參閱7.5.1-7.5.2.5。

16.　關(guān)鍵詞

表面電阻測(cè)試儀 表面電阻測(cè)試儀