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電阻率的測量方法是測量電阻，然后再考慮幾何因素將其變換成表面電阻率或體積電阻率。測量絕緣材料電阻的理想方法是向樣品施加一個已知的電壓，再使用靜電計或皮安計測量產(chǎn)生的電流。為了考慮樣品的幾何因素，應(yīng)當(dāng)使用尺寸方便的電極，例如吉時利8009型電阻率測試盒。其電極滿足ASTM 標(biāo)準(zhǔn)D257“絕緣材料的直流電阻或電導(dǎo)”的要求。本文詳細(xì)介紹了如何使用這些測試夾具來進(jìn)行表面電阻率和體電阻率的測量，以及測量電阻率時使用的變換極性和變換電壓的技術(shù)。 體電阻率的測量 體電阻率是材料直接通過泄漏電流的能力的度量。體電阻率定義為邊長1厘米的立方體絕緣材料的電阻，并表示為歐姆-厘米。測量體電阻率時，將樣品放在兩個電極之間，并在兩個電極之間施加一個電位差。產(chǎn)生的電流將分布在測試樣品的體內(nèi)，并由皮安計或靜電計來測量。電阻率則由電極的幾何尺寸和樣品的厚度計算出來： 其中：ρ = 體電阻率（歐姆-厘米） KV = 由測試盒的幾何尺寸決定的體電阻率測試盒的常數(shù)（厘米2） V = 施加的電壓（伏特） I = 測得的電流（安培） t = 樣品的厚度（厘米） 圖4-22 介紹一種符合ASTM D257標(biāo)準(zhǔn)的測量體電阻率的配置情況。在此電路中，安培計的HI端連在底部的電極上，電壓源的HI端連在頂部的電極上。安培計的LO端和電壓源的LO端連在一起。底部的外電極連到保護(hù)端（安培計的LO端）以避免在測量中計入表面泄漏電流。 表面電阻率的測量 表面電阻率定義為材料表面的電阻，并表示為歐姆（通常稱為方塊電阻）。其測量方法是將兩個電極放在測試樣品的表面，在電極之間施加一個電位差，并測量產(chǎn)生的電流。表面電阻率計算如下： 其中：σ = 表面電阻率（歐姆） KS = 由測試盒的幾何尺寸決定的表面電阻率測試盒的常數(shù) V = 施加的電壓（伏特） I = 測得的電流（安培） 圖4-23 是測量表面電阻率的配置情況。這個配置類似于進(jìn)行體電阻率測量的電路，只是現(xiàn)在電阻是在底部的兩個電極之間測量的。注意，頂部的電極接保護(hù)，所以只有流經(jīng)絕緣體表面的電流才為皮安計所測量。 測試參數(shù) 體電阻率和表面電阻率的測量決定于幾個因素。首先，它們是所加電壓的函數(shù)。有的時候，我們有意地改變電壓，以確定絕緣體電阻率對電壓的依賴關(guān)系。電阻率還隨著充電時間的長度而變化。由于材料按指數(shù)形式不斷充電，所以施加電壓的時間越長，測量出的電流就變得越低。 濕度對表面電阻率測量有重大的影響，對體電阻率的測量也有影響，只是其程度要小一些。濕度將使表面電阻率的測量結(jié)果比正常情況低一些。 為了對特定的測試工作進(jìn)行準(zhǔn)確的比較，在一次測試和另一次測試之間，施加的電壓、充電時間和環(huán)境條件都應(yīng)當(dāng)保持恒定。 使用Keithley 8009型電阻率測試盒 使用8009型電阻率測試盒時不需要進(jìn)行樣品準(zhǔn)備工作。這個測試夾具提供標(biāo)準(zhǔn)化的電極配置，不需要在樣品上噴涂電極或使用水銀填充的環(huán)。使用這個測試夾具時，推薦的樣品尺寸為直徑2.5到4英寸，厚度可達(dá)0.125英寸。 某些特別硬的樣品，如玻璃、環(huán)氧樹脂和陶瓷等需要在不銹鋼電極和樣品表面之間有一個接觸面。8009型備有頂部和底部電極的導(dǎo)電橡膠，以增強樣品和測試夾具之間的表面接觸。由于電極的面積變成了接觸介質(zhì)的面積，所以需要特別注意。如果與電極的配置和尺寸不同，系統(tǒng)提供的變換常數(shù)可能無效。 8009型采用了一種安全互鎖機構(gòu)，在測試夾具的蓋子關(guān)閉之前，高電壓不能施加到電極上。此裝置還對樣品進(jìn)行屏蔽，使其不受靜電干擾的影響。 偏置修正技術(shù) 在測量電阻率非常高的材料時，背景電流可能會引起測量誤差。背景電流可能是由材料中儲存的電荷（介電吸收）、靜電或摩擦電的電荷或壓電效應(yīng)引起的。背景電流可能等于或大于所加電壓源激勵出的電流。如果背景電流和測量的電流同極性，那么測量出的電流值將會比真值大得多。如果背景電流是反極性的，那么這種不希望有的電流可能會引起反極性的電流讀數(shù)。這就是說，電流的極性和所加電壓的極性相反，于是計算出的電阻將為負(fù)值。為了解決這個問題，采用變換極性和變換電壓的方法實際上可以消除背景電流對樣品的影響。 變換極性法 變換極性法施加一個正極性的偏置電壓，然后在規(guī)定的延遲時間后測量電流。接著將極性反向，經(jīng)過同樣的延遲時間再測量電流。這種極性反轉(zhuǎn)過程可以重復(fù)任意的次數(shù)。根據(jù)最近的電流測量結(jié)果，按照加權(quán)平均可以計算出電阻值。 6517A型靜電計與變換極性法已被做成一個現(xiàn)成的測試程序。使用這個方法，用戶輸入測試電壓、測量時間和重復(fù)次數(shù)。儀器就計算出最后的電阻值并將其存入存儲器。 6524型高阻測試軟件使用戶能夠觀察由施加變換極性測試電壓所產(chǎn)生的實際電流波形。典型的波形示于圖4-24。注意在使用正、負(fù)測試電壓時電流的指數(shù)衰減情況。圖中標(biāo)記出的X表示根據(jù)最后幾次測量結(jié)果的加權(quán)平均計算出的電流。 除了高阻測試之外，該軟件還包括其它三種程序。高阻步進(jìn)響應(yīng)程序（HI-R Step Re sponse Program）分析加上一個電壓激勵后產(chǎn)生的電流瞬變過程，并能用來確定對給定樣品的合適的測量時間。高阻掃描測試（HI-RSweep Test）程序能夠在掃描下列參數(shù)之一的同時測量電流或電阻�？梢話呙璧膮�(shù)有：變換極性的電壓、偏置電壓或測量時間。高阻、溫度和相對濕度（HI-R, T and RH）程序可以畫出電阻對時間的曲線，使用適當(dāng)?shù)奶筋^還可以畫出電阻對溫度或相對濕度的曲線。 變換電壓法 6487型皮安計電壓源具有內(nèi)置的變換電壓極性歐姆模式。這種模式將進(jìn)行兩次電流測量，一次在用戶規(guī)定的測試電壓下進(jìn)行測量，另一次在0V下進(jìn)行測量。這種模式通過確定由每個電壓產(chǎn)生的2個電流差，可以消除掉背景電流的影響。 |
