材料測試 電阻率、體積電阻率、表面電阻率的區(qū)別與測定方法

電阻率、體積電阻率、表面電阻率的區(qū)別與測定方法

什么是電阻率？

電阻跟導(dǎo)體的材料、橫截面積、長度有關(guān)。

導(dǎo)體的電阻與兩端的電壓以及通過導(dǎo)體的電流無關(guān)。

導(dǎo)體電阻跟它長度成正比，跟它的橫截面積成反比．

(1)定義或解釋

電阻率是用來表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量。用某種材料制成的長為1米、橫截面積為1mm2米。的導(dǎo)體的電阻，在數(shù)值上等于這種材料的、電阻率。

(2)單位

在國際單位制中，電阻率的單位是歐姆·米。一般常用的單位是歐姆·毫米2／米。

(3)說明

①電阻率ρ不僅和導(dǎo)體的材料有關(guān)，還和導(dǎo)體的溫度有關(guān)。在溫度變化不大的范圍內(nèi)，幾乎所有金屬的電阻率隨溫度作線性變化，即ρ=ρo(1+at)。式中t是攝氏溫度，ρo是O℃時(shí)的電阻率，a是電阻率溫度系數(shù)。

②由于電阻率隨溫度改變而改變，所以對于某些電器的電阻，必須說明它們所處的物理狀態(tài)。如一個(gè)220 V

100 W電燈燈絲的電阻，通電時(shí)是484歐姆，未通電時(shí)只有40歐姆左右。

③電阻率和電阻是兩個(gè)不同的概念。電阻率是反映物質(zhì)對電流阻礙作用的屬性，電阻是反映物體對電流阻礙作用的屬性。

什么是體積電阻率

體積電阻率，是材料每單位體積對電流的阻抗，用來表征材料的電性質(zhì)。通常體積電阻率越高，材料用做電絕緣部件的效能就越高。通常所說的電阻率即為體積電阻率。

image.png，式中，h是試樣的厚度（即兩極之間的距離）；S是電極的面積，ρv的單位是Ω·m（歐姆·米）。

材料的導(dǎo)電性是由于物質(zhì)內(nèi)部存在傳遞電流的自由電荷，這些自由電荷通常稱為載流子，他們可以是電子、空穴、也可以是正負(fù)離子。在弱電場作用下，材料的載流子發(fā)生遷移引起導(dǎo)電。材料的導(dǎo)電性能通常用與尺寸無關(guān)的電阻率或電導(dǎo)率表示，體積電阻率是材料導(dǎo)電性的一種表示方式。

簡言之，在絕緣材料里面的直流電場強(qiáng)度與穩(wěn)態(tài)電流密度之商,即單位體積內(nèi)的體積電阻.

什么是表面電阻率？

表面電阻：在試樣的某一表面上兩電極間所加電壓與經(jīng)過一定時(shí)間后流過兩電極間的電流之商；訪伸展流主要為流過試樣表層的電流,也包括一部分流過試樣體積的電流成分.在兩電極間可能形成的極化忽略不計(jì).

表面電阻率：在絕緣材料的表面層的直流電場強(qiáng)度與線電流密度之商,即單位面積內(nèi)的表面電阻.

材料說明

A、通常,絕緣材料用于電氣系統(tǒng)的各部件相互絕緣和對地絕緣,固體絕緣材料還起機(jī)械支撐作用.一般希望材料有盡可能高的絕緣電阻,并具有合適的機(jī)械、化學(xué)和耐熱性能.

B、體積電阻班組可作為選擇絕緣材料的一個(gè)參數(shù),電阻率隨溫度和濕度的京戲化而顯著變化.體積電阻率的測量常常用來檢查絕緣材料是否均勻,或都用來檢測那些能影響材料質(zhì)量而又不能作其他方法檢測到的導(dǎo)電雜質(zhì).

C、當(dāng)直流電壓加到與試樣接觸的兩電極間時(shí),通過試樣的電流會(huì)指數(shù)式地衰減到一個(gè)穩(wěn)定值.電流隨時(shí)間的減小可能是由于電介質(zhì)極化和可動(dòng)離子位移到電極所致.對于體積電阻小于10的10Ω.m

的材料,其穩(wěn)定狀態(tài)通常在1min內(nèi)達(dá)到.因此,要經(jīng)過這個(gè)電化時(shí)間后測定電阻.對于電阻率較高的材料,電流減小的過程可能會(huì)持續(xù)幾分鐘、幾小時(shí)、幾天,因此需要用較長的電化時(shí)間.如果需要的話,可用體積電阻率與關(guān)系來描述材料的特性 .

D、由于體積電阻總是要被或多或少地包括到表面電阻的測試中去,因些近似地測量表面電阻,測得的表面電阻值主要反映被測試樣表面污染的程度.所以,表面電阻率不是表面材料本身特性的參數(shù),而是一個(gè)有關(guān)材料表面污染特性的參數(shù).

當(dāng)表面電阻較高時(shí),它常隨時(shí)間以不規(guī)則的方式變化.測量表面電阻通常都規(guī)定11min的電化時(shí)間.

電阻率的測量方法和精度

1、方法：測量高電阻常用的方法是直接法和比較法.

直接法是測量加在試樣上的直流電壓和流過試樣的電流而求得試樣電阻.直接法主要有檢流計(jì)法和直流放大法（高阻計(jì)法）比較法主要有檢流計(jì)法和電橋法.

2、精度：對于大于10的10Ω的電阻,儀器誤差應(yīng)在±20%的范圍內(nèi)；對于不大于10的10Ω的電阻,儀器誤差應(yīng)在±10%的范圍內(nèi).

3、保護(hù)：測量儀器用的絕緣材料一般只具有與被測材料差不多的性能.試樣的測試誤差可以由下列原因產(chǎn)生：

①外來寄生電壓引起的雜散電流通渠道.通常不知道它的大小,并且有漂移的特點(diǎn)；

②測量線路的絕緣材料與試樣電阻標(biāo)準(zhǔn)電阻器或電流測量裝置的并聯(lián).

使用高電阻絕緣奢侈可以改善測量誤差,但這種方法將使儀器昂貴而又笨重,而且對高阻值試樣的測量仍不能得到滿意的結(jié)果.較為滿意的改進(jìn)方法是使用保護(hù)技術(shù),即在所有主要的絕緣部位安置保護(hù)導(dǎo)體,通過它截信了各種可能引起誤差的雜散電流；將這些導(dǎo)電聯(lián)接在一起組成保護(hù)系統(tǒng),并與測量端形成一個(gè)三端網(wǎng)絡(luò).當(dāng)線路連接恰當(dāng)時(shí),所有外來寄生電壓的雜散電流被子保護(hù)系統(tǒng)分流到測量電路以下,這就可大大減少誤差的可能性.

在系統(tǒng)的保護(hù)端和被保護(hù)端之間存在的電解電勢,接觸電勢或熱電運(yùn)勢較小時(shí),均能補(bǔ)償?shù)?使它們在測量中不引起顯著誤差.

在電流測量中,由于被保護(hù)端和保護(hù)端之間的電阻與電流測量裝置并聯(lián)可能產(chǎn)生誤差,因此前者至少應(yīng)為電流測量裝置輸入電阻的10倍,好為100倍.在電橋法測量中,保護(hù)端與測量端帶有大致相同的電位,但電橋中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻與不保護(hù)端和保護(hù)端之間的電阻并聯(lián),因此,后者至少為標(biāo)準(zhǔn)電阻的10倍,好20倍.

在開始測試前先斷開電源和試樣的連線進(jìn)行一次測量,此時(shí)設(shè)備應(yīng)在它的靈敏度許可范圍內(nèi)指示無窮大的電阻.可用一些已知值的標(biāo)準(zhǔn)電阻業(yè)檢查設(shè)備運(yùn)行是否良好.

體積電阻率

為了測業(yè)體積電阻率,使用的保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能抵消由表面電流引起的誤差.對表面泄漏可忽略的試樣,在測量體積電阻時(shí)可以去掉保護(hù).

在被保護(hù)電極與保護(hù)電極之間的試樣表面上的間隙寬度要均勻,并且在表面泄漏不致引起測量誤差的條件下間隙應(yīng)盡可能窄,實(shí)際使用時(shí)小為1MM.

表面電阻率為測定表面電阻率,使用的保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)盡可能地抵消體積電阻引起的影響。