國標(biāo)GB/T 31838.2體積電阻率測試條件匯總

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體積電阻率是表征固體絕緣材料絕緣性能的基礎(chǔ)參數(shù)。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) GB/T 31838.2—2019《固體絕緣材料 介電和電阻特性 第2部分：電阻特性（DC方法） 體積電阻和體積電阻率》修改采用 IEC 62631-3-1:2016，給出了直流電壓下測定固體絕緣材料體積電阻和體積電阻率的試驗(yàn)方法，替代了 GB/T 1410—2006 中的相應(yīng)內(nèi)容。本文以該標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，把散落在各章節(jié)中的測試條件做一次集中梳理，供實(shí)驗(yàn)室建立作業(yè)規(guī)程、比對數(shù)據(jù)時(shí)參考。

一、測量原理與穩(wěn)態(tài)判據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)將體積電阻定義為施加在與絕緣介質(zhì)相對表面接觸的兩個(gè)電極間的直流電壓與給定時(shí)間流過介質(zhì)的電流之比；體積電阻率為電場強(qiáng)度與電流密度之比，單位為 Ω·m。

施加直流電壓后，電流因介質(zhì)極化與載流子遷移而逐漸減小到一個(gè)穩(wěn)定值。對體積電阻率小于 101? Ω·m 的材料，電流通常在 1 min 內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定；更高電阻率材料的衰減過程可能持續(xù)幾分鐘、幾小時(shí)甚至數(shù)周，此時(shí)可采用較長的施加電壓時(shí)間。

二、試驗(yàn)電壓與電源要求

常用試驗(yàn)電壓檔位為 10 V、100 V、500 V、1 000 V 和 10 000 V，無特殊規(guī)定時(shí)推薦采用 100 V。電源應(yīng)為穩(wěn)定的直流電源；電壓不穩(wěn)定引起的電流變化應(yīng)足夠小，以 100 V 電源為例，紋波系數(shù)宜小于 5×10??。

起始電壓過高會引起局部放電并帶來測量誤差。在空氣中進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電壓低于 340 V 一般不會引起局部放電；

三、裝置精確度與保護(hù)技術(shù)

標(biāo)準(zhǔn)對測量裝置精確度的要求按電阻量級分檔：低于 101? Ω 時(shí)誤差不大于 ±10%；101?～101? Ω 之間不大于 ±20%；高于 101? Ω 時(shí)不大于 ±50%。

高阻測量必須使用保護(hù)技術(shù)：在關(guān)鍵絕緣部位插入保護(hù)導(dǎo)體，組成保護(hù)系統(tǒng)并與測量端構(gòu)成三電極系統(tǒng)，把外來寄生電壓引起的雜散電流、絕緣不良引起的分路電流以及表面電流分流到測量回路之外。表面電阻可能比體積電阻低一個(gè)數(shù)量級，不設(shè)保護(hù)時(shí)體積分量會被直接淹沒。此外，連續(xù)兩次測量之間應(yīng)保證足夠長的間隔以消除極化效應(yīng)，對體積電阻不大于 101? Ω 的材料，1 h 的時(shí)間間隔即足夠。

四、電極材料的選擇

標(biāo)準(zhǔn)列舉了可供使用的典型電極材料：導(dǎo)電銀漆（疏松透氣、可隨試樣條件處理，適合研究電阻與濕氣效應(yīng)）；蒸發(fā)或噴鍍金屬（確認(rèn)材料不受離子轟擊、溫度應(yīng)力或真空處理影響時(shí)使用）；液體電極（銀、錫等，不推薦水銀）；膠體石墨（與導(dǎo)電銀漆同條件使用）；導(dǎo)電橡膠（放置便捷、不妨礙試樣條件處理，絕緣電阻應(yīng)小于 1 000 Ω，邵氏硬度 65～85，約 2 kPa 壓力下與試樣緊密接觸）；金屬箔（鋁箔、錫箔配合少量凡士林、硅脂粘貼，粘劑薄層宜減薄到 0.002 5 mm 或更薄，且盡量少用）。

需要注意，導(dǎo)電橡膠作為電極材料的測量結(jié)果比金屬電極的測量結(jié)果要高百分之幾到百分之幾百，不同電極形式所得數(shù)據(jù)不宜直接比較。

五、試樣要求與條件處理

試樣厚度應(yīng)盡量與實(shí)際應(yīng)用中的產(chǎn)品厚度相同。無其他規(guī)定時(shí)，推薦使用長和寬大于或等于 100 mm、厚度為 (1.0±0.5) mm 的平板試樣，彈性材料推薦 100 mm×100 mm×3 mm。無相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，試樣數(shù)量應(yīng)至少為 3 個(gè)。

條件處理方面，無相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時(shí)按 IEC 60212 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件 B 執(zhí)行，即在 23 ℃ 的室溫和相對濕度 50% 的條件下至少處理 4 天。裝電極前，應(yīng)在至少 5 個(gè)不同的點(diǎn)上測量材料厚度，試樣厚度和電極尺寸的精度要求為 ±1%。

六、測試程序的關(guān)鍵時(shí)序

測量前應(yīng)使試樣處于介電穩(wěn)定狀態(tài)：將試樣和電極聯(lián)接，逐步增加電流測量裝置的靈敏度，觀察短路電流的變化，直至達(dá)到恒定值。無其他規(guī)定時(shí)，應(yīng)在施加電壓 1 min 后進(jìn)行體積電阻測量。若不重復(fù)測量，試樣應(yīng)在試驗(yàn)環(huán)境下放置至少 24 h；需要重復(fù)測量時(shí)，必須確認(rèn)試樣重新進(jìn)入介電穩(wěn)定狀態(tài)，否則不允許重復(fù)測量。研究直流加壓時(shí)間對結(jié)果的影響時(shí)，在施加電壓后 1 min、2 min、5 min、10 min、50 min 和 100 min 讀數(shù)，若兩次測得同樣的結(jié)果，應(yīng)結(jié)束試驗(yàn)。

七、計(jì)算、報(bào)告與結(jié)果解讀

體積電阻率按 ρ = Rx·A/h 計(jì)算，其中 Rx 為測得的體積電阻，A 為電極有效面積，h 為試樣平均厚度。試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括材料描述、試樣形狀和厚度、試驗(yàn)電壓、儀器精度、固化條件或預(yù)處理、條件處理和環(huán)境、試樣數(shù)量，以及體積電阻和體積電阻率的個(gè)別值與中值等信息。

標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)給出了合理預(yù)期的尺度：體積電阻和體積電阻率的測量受多方面影響，經(jīng)驗(yàn)表明再現(xiàn)性為 50% 以上（測量值），重復(fù)性在 20%～50% 之間。這意味著不同實(shí)驗(yàn)室、不同時(shí)間的數(shù)據(jù)出現(xiàn)百分之幾十的偏差屬于正常范圍，比對數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)關(guān)注量級與趨勢而非末位數(shù)字，并將溫度、濕度、加壓時(shí)間、電極形式等條件一并報(bào)告。

八、結(jié)語

GB/T 31838.2 把電壓檔位、裝置精度、保護(hù)方式、電極材料、試樣處理與讀數(shù)時(shí)序整合為統(tǒng)一口徑。對實(shí)驗(yàn)室而言，把這些條件寫進(jìn)作業(yè)規(guī)程并如實(shí)記錄，是讓體積電阻率數(shù)據(jù)具備可比性的前提；對數(shù)據(jù)使用者而言，了解這些條件的來龍去脈，才能正確解讀報(bào)告上的每一個(gè)數(shù)值。

表 1｜GB/T 31838.2 主要測試條件速查