國(guó)標(biāo)GB/T 31838.3表面電阻率測(cè)試條件匯總

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表面電阻與體積電阻同屬材料絕緣電阻的組成部分，但測(cè)量邏輯差別很大：體積電阻關(guān)注穿過(guò)材料內(nèi)部的電流，表面電阻關(guān)注沿表面爬行的電流，后者對(duì)濕度、污染、老化與工藝條件更為敏感。GB/T 31838.3—2019《固體絕緣材料 介電和電阻特性 第3部分：電阻特性（DC方法） 表面電阻和表面電阻率》（修改采用 IEC 62631-3-2:2015）針對(duì)這一特點(diǎn)給出了一整套電極裝置與試驗(yàn)條件。本文以標(biāo)準(zhǔn)原文為依據(jù)，把測(cè)試條件做一次集中梳理。

一、先選電極裝置：條件的第一決定因素

標(biāo)準(zhǔn)明確，表面電阻的測(cè)量結(jié)果與電極類型密切相關(guān)，因此條件匯總的第一步是確定電極裝置。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了五類：

電極裝置 A（彈簧電極）：由兩個(gè)長(zhǎng) 100 mm、間距 10 mm 的柔性金屬刀刃電極組成，無(wú)保護(hù)電極，接觸力應(yīng)足夠大以保證刀刃緊貼試樣表面但不破壞表面。它可在產(chǎn)品上施加較小應(yīng)力，對(duì)測(cè)量前需條件處理的材料適用。

電極裝置 B（小型線電極）：兩個(gè)平行線電極，寬 1.5 mm、長(zhǎng) 25 mm、間距 2 mm，無(wú)保護(hù)電極，通常經(jīng)粘附形成，應(yīng)在條件處理前安裝，采用兩電極測(cè)量電路。對(duì)表面彎曲的材料建議選用小型線電極；若無(wú)參考信息，也推薦采用它。

電極裝置 C（環(huán)形電極）：三電極系統(tǒng)，試樣一面放置環(huán)形電極，另一面放置不小于相應(yīng)測(cè)量電極尺寸的保護(hù)電極，電極 3 接地。表 1 給出典型尺寸 C1、C2、C3 三檔，比較測(cè)量推薦使用 C1。

電極裝置 D（線電極）：兩個(gè)粘合的線電極，無(wú)保護(hù)電極，寬 1.5 mm、長(zhǎng) (100±1) mm、間距 (10±0.5) mm，采用兩電極測(cè)量電路。

電極裝置 E（小板試樣用線電極）：三電極系統(tǒng)，線電極寬 1 mm～2 mm、長(zhǎng) (50±1) mm、間距 (5±0.5) mm，試樣另一面放置保護(hù)電極。當(dāng)試樣為寬度和長(zhǎng)度均大于或等于 60 mm 的小板時(shí)，推薦使用電極裝置 E。

電路方面：環(huán)形電極 C 與線電極 E 采用接地保護(hù)三電極測(cè)量電路，A、B、D 采用兩電極測(cè)量電路。

二、試驗(yàn)電壓與電源

試驗(yàn)電壓推薦值為 10 V、100 V、500 V、1 000 V 和 10 000 V，如無(wú)其他規(guī)定應(yīng)采用 100 V。標(biāo)準(zhǔn)注明：超過(guò)規(guī)定的起始電壓會(huì)引起局部放電并導(dǎo)致測(cè)量誤差，在空氣中進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電壓低于 340 V 不會(huì)引起局部放電；電壓源應(yīng)為穩(wěn)定的直流電壓源，以 100 V 電源為例，紋波系數(shù)宜小于 5×10??。

三、屏蔽與裝置精確度

表面電阻受平行于電極裝置的寄生電阻影響，例如試驗(yàn)裝置支撐件或電線屏蔽層的電阻。當(dāng)被測(cè)電阻大于 101? Ω 時(shí)，為減小測(cè)量誤差，應(yīng)對(duì)測(cè)量線路施加屏蔽，并把測(cè)量裝置置于屏蔽箱內(nèi)。

測(cè)量裝置的精確度按量級(jí)分檔：電阻低于 101? Ω 時(shí)誤差不大于 ±10%；101? Ω～101? Ω 之間不大于 ±20%；高于 101? Ω 時(shí)不大于 ±50%。設(shè)備應(yīng)按被測(cè)表面電阻的幅值進(jìn)行校準(zhǔn)，商業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)電阻已可達(dá) 100 TΩ。

四、試樣、電極施加與數(shù)量

試樣尺寸要適用于所選用的電極裝置，并應(yīng)具有簡(jiǎn)單的幾何形狀，如有可能，試樣厚度應(yīng)與產(chǎn)品厚度相同；若與電極接觸的表面是機(jī)械加工而成，應(yīng)在報(bào)告中記錄機(jī)加工類型。被測(cè)試樣數(shù)量若無(wú)相關(guān)要求，最少應(yīng)采用 3 個(gè)。

使用貼附類電極（B、C、D 和 E）時(shí)，應(yīng)選擇合適的區(qū)域保證電極覆蓋試樣表面，電極材料不應(yīng)影響表面電阻的測(cè)量；導(dǎo)電銀漆和石墨電極已被證實(shí)適合。若電極放置會(huì)使試樣形狀發(fā)生明顯變化，應(yīng)更換其他電極。

五、條件處理與試驗(yàn)步驟

條件處理或其他預(yù)處理應(yīng)按相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；無(wú)相關(guān)要求時(shí)，按 IEC 60212 標(biāo)準(zhǔn)大氣 B，在 23 ℃、相對(duì)濕度 50% 下對(duì)試樣進(jìn)行至少 4 d 的條件處理。如沒(méi)有其他要求，不應(yīng)對(duì)試樣進(jìn)行清潔，并應(yīng)避免試樣被污染——這一點(diǎn)與體積電阻試驗(yàn)的處理習(xí)慣不同，值得注意。

試驗(yàn)步驟上：除非另有規(guī)定，應(yīng)在室溫 23 ℃、相對(duì)濕度 50% 下進(jìn)行測(cè)量；完成條件處理和預(yù)處理的試樣應(yīng)立即接電極與測(cè)量設(shè)備，并在完成條件處理后的 2 min 內(nèi)進(jìn)行表面電阻讀數(shù)；如無(wú)其他規(guī)定，應(yīng)在施加電壓 1 min 后讀數(shù)。

六、結(jié)果評(píng)價(jià)與數(shù)據(jù)可比性

表面電阻 Rs 的單位為歐姆（Ω），按電極裝置分別記為 RsA、RsB、RsC、RsD 和 RsE；表面電阻率為單位面積上的電阻，單位同樣為歐姆（Ω），也常以非標(biāo)準(zhǔn)的 Ω/□ 表示。對(duì) A、B、D、E 類線電極裝置，按式（1）由線電極長(zhǎng)度 l 與間距 d 計(jì)算：σ = RsY·l/d；對(duì)環(huán)形電極 C，按式（2）由內(nèi)電極外直徑 d?、外圓環(huán)內(nèi)徑 d? 與讀數(shù) Rsc 計(jì)算：σ = π(d?+d?)·Rsc/(d??d?)。

標(biāo)準(zhǔn)特別強(qiáng)調(diào)：各類電極測(cè)量的表面電阻不能進(jìn)行比較，應(yīng)給出測(cè)量值所對(duì)應(yīng)的電極類型；僅電極尺寸相同時(shí)才可比對(duì)材料。報(bào)告應(yīng)包括電極裝置及尺寸、材料描述與標(biāo)識(shí)、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、試驗(yàn)條件和大氣條件、裝置描述、試樣數(shù)量、試驗(yàn)日期，以及個(gè)別值和中值。

關(guān)于數(shù)據(jù)分散，標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)值為：再現(xiàn)性 50% 以上（測(cè)量值），重復(fù)性在 20%～50% 之間。

七、結(jié)語(yǔ)

表面電阻不是一個(gè)材料的主要特性，它主要取決于工藝參數(shù)、環(huán)境條件、表面老化與污染。與其追求某一個(gè)數(shù)值，不如先把電極裝置、電壓、屏蔽、條件處理與讀數(shù)時(shí)點(diǎn)這五項(xiàng)固定下來(lái)并如實(shí)標(biāo)注——條件一致，數(shù)據(jù)才有比較的意義。

表 1｜GB/T 31838.3 主要測(cè)試條件速查

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