薄膜表面电阻率测试装置-北京智德创新仪器设备有限公司

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薄膜表面电阻率测试装置*电阻测量（Ω）：0—2×1019
电流测量（A）： 10-16—2×10-4
额定电压（V）：10，25，50，100，250，500，1000
显示：3 1/2位大屏带背光数字显示
*测量定时功能：1-7min自动读数锁定

详细介绍

型号：ZST-122薄膜表面电阻率测试装置
*电阻测量（Ω）：0—2×10¹⁹
电流测量（A）： 10^-16—2×10^-4
额定电压（V）：10，25，50，100，250，500，1000
显示：3 1/2位大屏带背光数字显示
*测量定时功能：1-7min自动读数锁定
*误操作报警功能：有
*防滤波干扰功能：有
*电源：内置可充电电池
外形尺寸（mm）：320×290×115( l×b×h)
质量（重量）：3KG
使用环境：温度：0-40℃，相对湿度＜80%

一、薄膜表面电阻率测试装置实验目的
1. 了解聚合物体积电阻和表面电阻的物理意义；
2. 掌握ZST-212型超高电阻计的使用方法。

二、实验原理
l 聚合物的导电性，通常用与尺寸无关的体积电阻率（ρ_v）和表面电阻率（ρ_s）来表示。体积电阻率ρ_v表示聚合物截面积为1cm²和厚1cm的单位体积对电流的阻抗。
ρ_v=R_v S/h （1）
式中，R_v为体积电阻；S为测量电极的面积；h为试样的厚度。
表面电阻率ρ_s 表示聚合物长1cm和宽1cm的单位表面对电流的阻抗。
ρ_s＝R_s L/b （2）
式中，R_s为表面电阻；L为平行电极的长；b为平行电极间距。
电导率是电阻率的倒数。电导是表征物体导电能力的物理量。它是在电场作用下，物体中的载流子移动的现象。高分子是由许多原子以共价键连接起来的，分子中没有自由电子，也没有可流动的自由离子（除高分子电解质含有离子外），所以它是优良的绝缘材料，其导电能力极低。一般认为，聚合物的主要导电因素是由杂质所引起，称为杂质电导。但也有某些具有特殊结构的聚合物呈现半导体的性质，如聚乙炔、聚乙烯基咔唑等。
当聚合物被加于直流电压时，流经聚合物的电流最初随时间而衰减，最后趋于平稳。其中包括了3种电流，即瞬时充电电流、吸收电流和漏导电流（见图1）。

图1 流经聚合物的电流

    （1）瞬时充电电流是聚合物在加上电场的瞬间，电子、原子被极化而产生的位移电流，以及试样的纯电容性充电电流。其特点是瞬时性，开始很大，很快就下降到可以忽略的地步。
（2）吸收电流是经聚合物的内部，且随时间而减小的电流。它存在的时间大约几秒到几十分钟。吸收电流产生的原因较复杂，可能是偶极子的极化、空间电荷效应和界面极化等作用的结果。
（3）漏导电流是通过聚合物的恒稳电流，其特点是不随时间变化。通常是由杂质作为载流子而引起。
    由于吸收电流的存在，在测定电阻（电流）时，要统一规定读取数值的时间（1min）。另外，在测定中，通过改变电场方向反复测量，取平均值，以尽量消除电场方向对吸收电流的影响所引起的误差。

三、实验设备和材料
    本实验使用ZST-212型10¹⁷Ω超高电阻10^-¹⁴A微电流测试仪，它是一种直读式的测超高电阻和微电流的两用仪器。测量范围为1×10⁶～1×10¹⁷Ω，共分8档。电压共分5档（10V、100V、250V、500V、1000V），比较试验时应采用相同电压，绝缘电阻高的材料选用高电压。仪器面板如图2所示。

图2 ZST-212型10¹⁷ Ω超高电阻10^-¹⁴A微电流测试仪面板

1－指示表；2－倍率选择开关；3－测试电压选择开关；4－“＋"、“－"极性开关；5－“放电－测试"开关， 6－指示灯；7－电源开关；8－满度调整旋钮；9－“0、∞"旋钮；10－“输入短路开关"；11－高压端钮（红色）；12－接地端钮；13－输入端钮；14－测量端；15－接地端；16－高压端 17－Rs－R旋钮。
仪器的倍率选择量程从1×10²～1×10⁹，转换量程应从小到大。本仪器一般情况下不能用来测量那些一端接地的试样的电阻。在测试时，仪器及试样应放在高绝缘的垫板上，以防止漏电影响测试结果。
使用三电极系统测试绝缘材料的体积电阻R_v和表面电阻R_s时，可按图3接线。

图3 三电极系统接线图

1－测量电极；2－高压电极；3－保护电极；4－被测试样

    仪器所附3个电极的尺寸按中华人民共和国－机部部标JB 903-66绝缘材料通用电性能试验方法的规定。若要进行升温测试，则其电极及加热装置与介质损耗测定相同，也可把电极放在恒温箱中进行测定。
    当被测电阻高于10¹⁰Ω时，应将试样置于屏蔽箱内，箱外壳接地，以减少外界的影响。
    标准试样为注射成型所得的直径为100mm的大圆饼，试样表面应光滑、清洁，并预先在(25±2)℃、相对湿度65％±5％的环境中存放16h以上。

四、实验步骤
  （1）准确测量下列数值：
    1）实验温度及湿度。
    2）按图3所示，测量主电极直径D₁，保护环直径D₂。
    3）试样的厚度，用游标卡尺测量3个点的平均值，有效数字取两位。
  （2）测试前准备工作
    开机前面板上的各开关位置应如下：
1 )测试电压开关置于“10V"；
2）倍率开关置于低档位置（1×10²）；
    3）“放电－测试"开关置于“放电"位置；    ‘
    4）电源开关置于“断"的位置；
    5）输入短路开关置于“短路"；
    6）极性开关置于“0"。
  （3）检查测试环境的温度和湿度
    当环境湿度高于80％以上时，测量较高的绝缘电阻(大于10¹¹Ω)时，可能会导致较大的误差。
  （4）检查交流电源电压
    电源电压应保持在（220±20）V，必要时使用稳压器调节。
  （5）接线
    按图3放好试样，连接仪器线路：
    1）用接地线把电极箱接地端与高阻计接地端连接好，接上电源的地线（见图2）。
    2）脱下输入端6的保护帽，用测量电缆线将输入端6与电极箱测量端14连接。
3）用高压接线把高压端8与电极箱高压端16连接。
    4）接通仪器电源，开启电源开关，指示灯发亮，并有蜂鸣声。如发现指示灯未亮，应切断电源，待查明原因后方可使用。
  （6）仪器预热
    接通电源预热仪器30min，将极性开关置于“+“处，此时可能发现指示表指针会偏离 “∞"及“0"处。慢慢调节“∞"及“0"电位器，使指针指向“∞"及“0"处，直至不再变动。
  （7）调节仪器灵敏度
    将倍率开关由×10²位置转至“满度"位置，把“输入短路"开关下拨至“开路"，这时指针应从“∞"位置指向“满度"，即“1"位置。如果偏离，则调节“满度"电位器，使之刚好到“满度"。然后再把倍率开关拨到×10²处，输入短路上拨至“短路"，指针应重指于“∞"及“0"处。否则再调节电位器。反复多次，把仪器灵敏度调好。在测试中应经常检查“满度"及“∞"，以保证仪器的测试精度。
（8）测试步骤
1）将试样放入电极箱的三电极间，注意勿使测量电极与保护电极相接触，以免烧坏仪器的晶体管。上、下电极的中心处对齐。
     2）将测试电压选择开关置于所需要的电压挡，对于聚合物材料，一般先选100V，测不到时再转250V、500V或1000V。
     3）将“放电－测试"开关置于“测试"挡，短路开关仍置于“短路"，对试样充电30s，然后将输人短路开关拨下，读取1min时的电阻值，作为试样的绝缘电阻值。读数完毕，立即把短路开关拨上“短路"，“放电一测试"开关置于“放电"挡。
    若短路开关拨下时，指针很快打出满度，应立即将输入短路开关拨到“短路"，“放电一
测试"开关拨到“放电"，待查明原因再进行测试。
    当输人短路开关拨下后，如发现表头无读数或指示很小，可将倍率开关升高一挡。逐挡升高倍率，直至读数清楚为止（应尽量取在仪表刻度上1～10的范围读数）。
     4）放电30s，把电阻量程退小一挡，重复步骤②，共测量3次。
     5）按2)、3)、4)步，在室温下分别测试试样的3个R_v及R_s值，取其算术平均值。
     6）试样测定完毕，即将“放电－测试"开关拨到放电位置，输入短路开关拨至“短路"，取出试样。对电容量较大（约在0.01μF以上）的试样，需经1min左右的放电，方能取出试样，否则可能受到电容中残余电荷的袭击。
     7）仪器使用完毕，先切断电源，将面板上各开关复原。

五、数据处理
原始数据记录：
室温：        湿度：

	1	2	3	平均值
样品厚度/cm
R_v / Ω
R_s/ Ω
ρ_v/Ω﹒cm
ρ_s/Ω﹒cm

用公式（1）及公式（2）计算ρ_v及ρ_s：
ρ_v＝R_v S/h

＝D₁² R_v /(4h) （Ω·cm）
和 ρ_s＝R_s

式中，h为试样厚度，cm；D₁为测量电极直径（本仪器为5cm）；
D₂为保护电极内径（环电极）直径（本仪器为5.4cm）。
在此，

=81.6，为一定值。

六、问题与讨论
（1）影响电阻测定的因素有哪些？
（2）如何防止受电击？

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