高阻仪测定聚合物的电阻

一、实验目的1)了解超高阻微电流计的使用方法和实验原理。2)测出高聚物样品的体积电阻率及表面电阻率，分析这些数据与聚合物分子结构的内在联系。二、实验原理测试：绝缘体的电阻测量基本上与导体的电阻测量相同，其电阻一般都用电压与电流之比得到。现有的方法可分为三大类：直接法，比较法，时间常数法。这里介绍直接法中的直流放大法，也称高阻计法。该方法采用直流放大器，对通过试样的微弱电流经过放大后，推动指示仪表，测量出绝缘电阻，基本原理见下图。ZC36型1017Ω超高电阻测试仪测试原理图。U—测试电压(V)；R0—输入电阻(Ω)；Rx—被测试试样的绝缘电阻(Ω)当R0《Rx时，则Rx=(U/U0)·R0式中：Rx——试样电阻，(Ω)，U——试验电压，(V)，U0——标准电阻R0两端电压，(V)，R0——标准电阻，(Ω)。测量仪器中有数个不同数量级的标准电阻，以适应测不同数量级Rx的需要，被测电阻可以直接读出。高阻计法一般可测1017Ω以下的绝缘电阻。从Rx的计算公式看到Rx的测量误差决定于测量电压U、标准电阻R0以及标准电阻两端的电压U0的误差。数据处理：1)体积电阻率ρvρv=Rv(A/h)A=(π/4)·d22=(π/4)(d1+2g)2式中，ρv——体积电阻率(Ω·m)，Rv——测得的试样体积电阻(Ω)，A——测量电极的有效面积(m2)，d1——测量电极直径(m)，ｈ——绝缘材料试样的厚度(m)，g——测量电极与保护电极间隙宽度(m)，2)表面电阻率ρsρs=Rs(2π)/㏑(d2/d1)式中，ρs——表面电阻率(Ω)，Rs——试样的表面电阻(Ω)，d2——保护电极的内径(m)，d1——测量电极直径(m)。3)需要的数据d1=5cmd2=5.4cmh=0.2cmg=0.2cm三、仪器与试样仪器：本实验选用ZC36型起高阻微电流计。该仪器工作原理属于进接法中的直流放大法，测量范围106～1017Ω，误差≤10%。ZC36高阻计外形图三电极电阻测量系统为准确测量体积电阻和表面电阻，一般采用三电极系统，圆板状三电极系统见上图。测量体积电阻Rv时，保护电极的作用是使表面电流不通过测量仪表，并使测量电极下的电场分布均匀。此时保护电极的正确接法见下图。测量表面电阻Rs时，保护电极的作用是使体积电流减少到不影响表面电阻的测量。体积电阻Rv和表面电阻Rs测量示意图试样及其预处理1)试样PMMA与PVC样片(φ100圆板，厚2±0.2mm)各一片2)预处理试样应平整、均匀、无裂纹和机械杂质等缺陷。用蘸有深剂(此溶剂应不腐蚀试样)的绸布擦试；把擦净的试样放在温度23±2℃和相对湿度65±5%的条件下处理24小时。测量表面电阻时，一般不清洗及处理表面，也不要用手或其他任何东西触及。四、实验步骤1.实验准备1)使用前，面板上的各开关位置应如下：ａ)倍率开关置于灵敏度最低档位置。ｂ)测试电压开关置于“10V”处c)“放电-测试”开关置于“放电”位置。d)电源总开关(POWER)置于“关”。e)输入短路揿键置于“短路”。f)极性开关置于“0”。2)检查测试环境的湿度是否在允许的范围内。尤其当环境湿度高于80%以上时，对测量较高的绝缘电阻(大于1011Ω及小于10-8A)时微电流可能会导致较大的误差。3)接通电源预热30分钟，将极性开关置于“+”，此时可能发现指示仪表的指针会离开“∞”及“0”处，这时可慢慢调节“∞”及“0”电位器，使指针置于“∞”及“0”处。2.测试1)将被测试样用测量电缆线和导线分别与讯号输入端和测试电压输出端连接。2)将测试电压选择开关置于所需要的测试电压档。3)将“放电-测试”开关置于“测试”档，输入短路开关仍置于“短路”。对试样经一定时间的充电以后(一般为15秒)，即可将输入短路开关揿至“测量”进行读数，若发现指针很快打出满刻度，应立即揿输入短路开关，使其置于“短路”，将“放电-测试”开关置于“放电”档，等查明原因并排除故障后再进行测试。4)当输入短路开关置于测量后，如发现表头无读数，或指示很少，可将倍率开关逐步升高，数字显示依次为7、8、9、…直至读数清晰为止(尽量取仪表上1～10的那段刻度)。通过旋转倍率旋钮，使示数处于半偏以内的位置，便于读数。测量时先将RV/RS转换开关置于RV测量体积电阻，然后置于RS测量表面电阻。5)在测试绝缘电阻时，如发现指针有不断上升的现象，这是由于电介质的吸收现象所致，若在很长时间内未能稳定，则一般情况下取接通测试开关后一分钟时的读数作为试样的绝缘电阻值。6)读数方法如下：用不同电压进行测量时，其电阻系数不一样，电阻系数标在电压值下方。将仪表上的读数（单位为兆欧）乘以倍率开关所指示的倍率及测试电压开关所指的系数（10V为0.01；100V为0.1；250V为0.25；500V为0.5；1000V为1）即为被测试样的绝缘电阻值。例如：读数为3.5´106W倍率开关所指系数为108，测量电压为100V，则被测电阻值为：3.5×106×108×0.1=3.5×1013Ω。7)一个试样测试完毕，即将输入短路揿键置于“短路”，测试电压控制开关置于“关”后，将方式选择开关拨向放电位置，几分钟后方可取出试样，以免受测试系统电容中残余电荷的电击。若要重复测试时，应将试样上的残留电荷全部放掉方能进行。8)仪器使用完毕，应先切断电源，将面板上各开关恢复到测试前的位置，拆除所有接线，将仪器安放保管好。五、数据记录与处理PVC样品：项目测试测试电压（V）倍率表头指示读数（MΩ）电阻值（Ω）平均电阻值（Ω）体积电阻率ρv或表面电阻率ρsRv第一次100×1052.202.20×10102.23×10102.55×1010第二次100×1052.302.30×1010第三次100×1052.182.18×1010RS第一次100×1035.805.80×1086.03×1084.93×1010第二次100×1036.206.20×108第三次100×1036.106.10×108PMMA样品：项目测试测试电压（V）倍率表头指示读数（MΩ）电阻值（Ω）平均电阻值（Ω）体积电阻率ρv或表面电阻率ρsRv第一次100×1075.505.50×10125.03×10125.76×1012第二次100×1074.704.70×1012第三次100×1074.904.90×1012RS第一次100×1041.291.29×1091.53×1091.25×1011第二次100×1041.601.60×109第三次100×1041.701.70×109PVC样品：项目测试测试电压（V）倍率倍率系数表头指示读数（MΩ）电阻值（Ω）Rv110×1050.016.206.20×1092100×1050.12.302.30×10103250×1050.251.864.65×10104500×1040.510.05.00×101051000×10416.206.20×1010六、思考题1.为什么测试电性能时对试样要进行预处理？对环境条件有何要求？答：因为体积电阻率常常用来检查绝缘材料是否均匀，测得的表面电阻率是一个有关材料表面污染特性的参数。要求：环境湿度低于80%，无污染。2.对同一块试样，采用不同的电压测量。测试电压升高时，测得的电阻值将如何变化？答：由数据可知，测试电压升高时，测得的电阻值将增大。3.通过实验说明为什么在工程技术领域中，用体积电阻率来表示介电材料的绝缘性质，而不用绝缘电阻或表面电阻率来表示？答：体积电阻率可作为选择绝缘材料的一个参数，电阻率随温度和湿度的变化而显著变化。体积电阻率的测量常常用来检查绝缘材料是否均匀，或者用来检测那些能影响材料质量而又不能用其他方法检测到的导电杂质。表面电阻率对表面污染程度很敏感，它不是表征材料本身特性的参数，而是一个有关材料表面污染特性的参数。而绝缘电阻率取决于体积电阻和表面电阻。因此，在工程技术领域中，用体积电阻率来表示介电材料的绝缘性质，而不用绝缘电阻或表面电阻率来表示。4.说明实验结果与高聚物分子结构的内在联系。答：高聚物分子结构越复杂，导电性越差。