一、概述

ZST-121型固體絕緣材料體電阻率和表面電阻測(cè)試儀是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1410-2006/IEC 60093:1980：《固體絕緣材料體電阻率和表面電阻率試驗(yàn)方法》研制的多用途綜合測(cè)量裝置，它可以測(cè)試固體絕緣材料體電阻率和表面電阻率，也可單獨(dú)作為超高電阻計(jì)或微弱電流表使用。

本測(cè)試儀特增設(shè)雙窗口同步顯示測(cè)試結(jié)果(電阻率或表面電阻)及測(cè)試條件(電壓或電流)功能

固體絕緣材料體電阻率和表面電阻測(cè)試儀主要由主機(jī)、高壓測(cè)試臺(tái)等部分組成。主機(jī)主要由高壓電源、數(shù)控可編程放大器、高分辨率ADC、鍵盤輸入、顯示驅(qū)動(dòng)及嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)組成。高壓測(cè)試臺(tái)主要由標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形三電極和連接線等組成！對(duì)于小面積高阻薄膜類樣品方阻測(cè)試可以選配ZST-121-F02型方阻探頭。

儀器所有參數(shù)設(shè)定、功能轉(zhuǎn)換全部采用數(shù)字化鍵盤輸入；具有零位、滿度自校功能；可自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換量程，測(cè)試結(jié)果由數(shù)字表頭直接顯示。儀器具有測(cè)量精度高、靈敏度高、穩(wěn)定性好、智能化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊、測(cè)量簡(jiǎn)便、讀數(shù)方便等特點(diǎn)。

本儀器適用于防靜電產(chǎn)品如防靜電鞋、防靜電塑料橡膠制品、計(jì)算機(jī)房防靜電活動(dòng)地板等電阻值的檢驗(yàn)以及絕緣材料和電子電器產(chǎn)品的絕緣電阻測(cè)量。微弱電流測(cè)量如光電效應(yīng)和器件暗電流測(cè)量.

二、技術(shù)參數(shù)

1. 測(cè)量范圍、分辨率

測(cè)試電壓范圍U_X: 0.1V ～500V.

電阻測(cè)試范圍R_X: 1×10²Ω ～5×10¹³Ω，   分辨率1/2000, 

電流測(cè)試范圍I_X: 1.5× 10^-3A ～ 10× 10^-12A,分辨率1/2000。

體電阻率試范圍ρ_V: F_V×10²Ω-cm ～F_V×10¹²Ω-cm，F(xiàn)_V體電阻率修正系數(shù)1～99,默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)三電極F_V=23.76cm/h

表面電阻率測(cè)試范圍ρ_S: F_S×10³Ω/□～F_S×10¹⁷Ω/□，F(xiàn)_S表面電阻率修正系數(shù)1～99,默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)三電極F_S=34.55

2. 電阻量程劃分（電阻率要乘以相應(yīng)修正系數(shù)1～99）、測(cè)試條件及誤差等級(jí)

3. 可測(cè)半導(dǎo)體材料尺寸（以標(biāo)準(zhǔn)電極為）

直        徑：  測(cè)試臺(tái)直接測(cè)試方式 寬(W)×長(zhǎng)(L)≥90mm×90mm，或直徑 Φ≥90mm

厚        度：  測(cè)試臺(tái)直接測(cè)試方式 厚度d≤2.5mm,   

4. 電源：

功耗：主機(jī)< 15W

輸入: 220V±10%   50Hz

5. 本儀器工作條件為：

溫    度：   0～35℃

相對(duì)濕度：   ≤60%

工作室內(nèi)應(yīng)無強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，不與高頻設(shè)備共用電源。

6. 外形尺寸：

主      機(jī)：  320mm（長(zhǎng)）×320 mm（寬）×135mm（高）

高壓測(cè)試臺(tái)：  Φ=100mm（底座直徑）×80 mm（高）

三、工作原理

1. 測(cè)試原理：體電阻率和表面電阻率測(cè)試原理簡(jiǎn)介如下：

注：詳細(xì)原理請(qǐng)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1410-2006/IEC 60093:1980：《固體絕緣材料體電阻率和表面電阻率試驗(yàn)方法》

[1]體電阻率表面電阻率測(cè)量基本原理圖：

如下 圖1 固體絕緣材料電阻率測(cè)試原理圖

[2]體電阻率表面電阻率測(cè)量常用電極示意圖：

如下 圖2 標(biāo)準(zhǔn)平板樣品測(cè)試電極原理圖

如下 圖3 標(biāo)準(zhǔn)管狀樣品測(cè)試電極原理圖

[3]體電阻率表面電阻率測(cè)量計(jì)算公式：

[4]體電阻率表面電阻率測(cè)量重復(fù)性：

[5]體電阻率表面電阻率測(cè)量測(cè)試報(bào)告注意點(diǎn)：

[6]體電阻率表面電阻率測(cè)量快捷方式--標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試電極時(shí)的修正系數(shù)：

當(dāng)測(cè)試樣品形狀和測(cè)試電極形式確定時(shí)，則樣品體電阻率或表面電阻率與體電阻的換算系數(shù)就是常數(shù)。本儀器不但可以直接測(cè)試顯示測(cè)試電壓測(cè)試電流值，還可以設(shè)定相應(yīng)換算系數(shù)值，就可以直接顯示樣品體電阻率或表面電阻率值。下表3.1是本機(jī)配備的測(cè)試三電極參數(shù)和測(cè)試樣品體電阻率或表面電阻率對(duì)應(yīng)修正系數(shù)：

  注：參照?qǐng)D2，按以下修正系數(shù)，體電阻率終單位為Ω·cm表面電阻率為Ω/□

表3.1 環(huán)形三電極修正系數(shù)

 2. 電氣原理

ZST-121型超高阻微電流測(cè)試儀原理方框圖如圖3.3所示。

圖3.3 ZST-121原理方框圖

四、結(jié)構(gòu)特征

主機(jī)為儀器主要電氣部分所在，在其面板結(jié)構(gòu)特征和標(biāo)準(zhǔn)三電極組成如圖4.1所示。

圖4.1 ZST-121面板特征和標(biāo)準(zhǔn)三電極組成示意圖

主機(jī)后蓋板設(shè)有交流220V電源插座和保險(xiǎn)絲座以及電源開關(guān)。

五、使用方法

ST2643型超高阻微電流測(cè)試儀能夠測(cè)量普通電阻器或絕緣材料的體電阻R_X（修正系數(shù)1.000），絕緣材料體電阻率ρ_V、表面電阻率ρ_S（后二項(xiàng)需調(diào)整不同的修正系數(shù)），也可用作為微電流測(cè)試儀。

5.1 操作概述

(1) 測(cè)試準(zhǔn)備（以體電阻率或表面電阻率測(cè)試為例）：

主機(jī)電源開關(guān)置于斷開位置，將電源插頭插入具有漏電保護(hù)斷路器的電源插座。打開主機(jī)電源，預(yù)熱半小時(shí)后，投入使用為宜！測(cè)試電極和測(cè)試樣品應(yīng)在測(cè)試前應(yīng)進(jìn)行清潔處理。

如圖4-1，將測(cè)試臺(tái)的線纜插頭與主機(jī)的輸入插座連接起來，連接方式按照測(cè)試需要電阻率或方阻，參照原理章節(jié)3.1和圖1。將電極與樣品良好接觸，注意三電極中圓柱電極、環(huán)型電極和平板電極要同軸放置，樣品置于平板電極之上和圓柱電極、環(huán)型電極之下，平板電極的絕緣板朝下。

   測(cè)試電壓量程選擇，一般選先選50V檔，對(duì)于測(cè)試結(jié)果大于高阻10⁶的再選其它檔。如100V或更高電壓，主要原則就是測(cè)試電流要有3位到4位顯示值。

圖  5-1A 設(shè)定參數(shù)           圖5-1B測(cè)試電流            圖5-1C測(cè)試電壓

 (2) 參數(shù)設(shè)定：

儀器開機(jī)默認(rèn)狀態(tài)為“設(shè)定” 模式，參照?qǐng)D5.1A ZST-121面板示意圖，右窗口右側(cè)“設(shè)定”模式燈亮，通過鍵盤輸入需要的修正系數(shù)。系數(shù)有效范圍為00.01～99.99，,當(dāng)前設(shè)定系數(shù)由右側(cè)窗口顯示。輸入完畢要按“確定”鍵保存。按鍵操作詳見下5.2節(jié)鍵盤輸入與窗口顯示規(guī)則說明，儀器默認(rèn)修正系數(shù)（F=1.000）, 對(duì)于儀器所配電極，測(cè)試體電阻率或表面電阻率參照表3.1查取系數(shù)F_V或F_S,對(duì)于其他非標(biāo)準(zhǔn)電極，參照原理章節(jié)3.3計(jì)算F_V或F_S

(3)測(cè)量：

設(shè)定完畢，按“模式”鍵，切換儀器到“測(cè)量”模式（電流或電壓）。按“啟動(dòng)”按鈕，啟動(dòng)高壓并開始測(cè)試，窗口左側(cè)顯示體電阻率或表面電阻率（具體由設(shè)定系數(shù)意思確定），右側(cè)窗口顯示測(cè)試電流或測(cè)試電壓，如圖5-1B圖5-1C，由“模式”按鍵選擇，右側(cè)狀態(tài)指示燈指示。由數(shù)字顯示窗直接讀出測(cè)量結(jié)果。

！ 面板鍵盤詳細(xì)操作規(guī)則請(qǐng)見“鍵盤輸入與窗口顯示規(guī)則說明”。

  （4）樣品的取出

首先按“停止”按鈕切斷高壓電源！再?gòu)膬x器面板上UH和UL端拔掉高壓連接線，取出樣品！

5.2.鍵盤輸入與窗口顯示規(guī)則說明（請(qǐng)參見圖4.1 ZST-121面板示意圖）

(1) 設(shè)定模式時(shí)鍵盤輸入與顯示規(guī)則

(2) 測(cè)量模式時(shí)鍵盤輸入與顯示規(guī)則

5.3.兩端子電阻器體電阻測(cè)試操作：

  對(duì)于兩端子電阻器體電阻R_X測(cè)量，利用“UH”作高壓輸出，經(jīng)電阻器，再由“I_i”端輸入構(gòu)成測(cè)試回路，“UL”端不用。

5.4.作為微電流表的測(cè)試操作：

  對(duì)于單獨(dú)作為微電流表的測(cè)量操作，利用“I_i”作電流輸入端，經(jīng)儀器，再由“UL”端輸出構(gòu)成測(cè)試回路，“UH”端不用。

5.5.作為小型薄膜方阻的測(cè)試操作：（選配ZST-121-F02小型薄膜方阻測(cè)試探頭）

   如左圖5-2，對(duì)于外形尺寸較小10mmX10mm以下的高阻薄膜，測(cè)試方阻，ST2254-F01型標(biāo)準(zhǔn)電極因尺寸較大不好測(cè)試，可以選用小型ZST-121-F02型環(huán)形電極探頭。

薄膜測(cè)試注意點(diǎn)，首先測(cè)試電壓盡量選用50V，高阻需要才選500V。特別是不可高壓未關(guān)閉就進(jìn)行探頭升降操作，這樣會(huì)在電極和薄膜接觸未穩(wěn)狀態(tài)時(shí)打火，灼傷或燒壞薄膜，引起測(cè)試不準(zhǔn)甚至測(cè)試不出數(shù)據(jù)！如圖所示。

圖5-2  ZST-121-F02環(huán)形探頭

六.高壓高阻測(cè)試操作注意點(diǎn)：

     高壓高阻測(cè)量一定要嚴(yán)格按使用方法步聚進(jìn)行，否則有可能造成儀器損壞或電人。

6.1 禁止將“Rx”兩端短路，

以免微電流放大器受大電流沖擊損壞

6.2 在測(cè)試過程中不要隨意改動(dòng)測(cè)量電壓。

隨意改動(dòng)測(cè)量電壓可能因電壓的過高或電流過大損壞被測(cè)試器件或測(cè)試儀器，而且有的材料是非線性的，即大范圍內(nèi)電壓與電流是不符合歐姆定律，有改變電壓時(shí)由于電流不是線性變化，所以測(cè)量的電阻也會(huì)變化。測(cè)試電壓量程選擇，一般選先選50V檔，對(duì)于測(cè)試結(jié)果大于高阻10¹⁰的再選500V檔。再電壓檔位切換時(shí)，應(yīng)該先關(guān)閉高壓。

6.3 測(cè)量時(shí)從低次檔逐漸拔往高次檔

    測(cè)量時(shí)盡量用手動(dòng)方式，從低檔位逐漸拔往高檔，每撥一次稍停留至少1～2秒以使觀察顯示數(shù)字，當(dāng)被測(cè)體電阻大于儀器測(cè)量量程時(shí)，電阻表顯示“”，表示超量程，當(dāng)被測(cè)體電阻小于儀器測(cè)量量程時(shí)，電阻表顯示“”，表示欠量程，儀器超或欠量程時(shí)，量程指示燈和顯示數(shù)據(jù)會(huì)閃爍。此時(shí)應(yīng)繼續(xù)將儀器撥到量程更高或更低的位置，當(dāng)儀器測(cè)量量程合適時(shí)，便停止閃爍，穩(wěn)定顯示數(shù)據(jù)，當(dāng)前的數(shù)字乘以檔位指示數(shù)量級(jí)指數(shù)即是被測(cè)值。當(dāng)有穩(wěn)定顯示數(shù)字時(shí)不要再往更高次檔撥，否測(cè)儀器會(huì)過量程，機(jī)內(nèi)保護(hù)電路開始工作，超或欠量程儀器測(cè)量準(zhǔn)確度會(huì)下降。!

6.4 大部分絕緣材料，特別是防靜電材料的電阻值在加電壓后會(huì)有一定變化而引起數(shù)字變化

由于本儀器的分辯率很高，因而會(huì)引起顯示值的末尾幾位數(shù)也變化，這不是儀器本身的問題，而是被測(cè)量對(duì)象的導(dǎo)電機(jī)理復(fù)雜而使得阻值有些變化。在這種情況下往往取2位有效數(shù)就夠了。

6.5 接通電源后，手指不能觸及高壓線的金屬部分

本儀表有三連根線:高壓線(紅/黑)和微電流測(cè)試線。在使用時(shí)要注意高壓線，開機(jī)后人不能觸及高壓線，以免電人或麻手。

6.6 測(cè)試過程中不能觸摸微電流測(cè)試端

微電流測(cè)試端怕受到大電流或人體感應(yīng)電壓及靜電的沖擊。所以在開機(jī)后和測(cè)試過程中不能與微電流測(cè)試端接觸，以免損壞儀表。

6.7 在測(cè)量高阻時(shí)，應(yīng)采用屏蔽盒將被測(cè)物體屏蔽.

在測(cè)量大于10¹⁰ Ω以上時(shí)，為防止外界干擾面而引起讀數(shù)不穩(wěn)。

6.8 每次測(cè)量完時(shí)應(yīng)將量程開關(guān)撥回“10³”檔再進(jìn)行下次測(cè)試

在測(cè)量時(shí)應(yīng)逐漸將量程開關(guān)撥到高阻檔，測(cè)量完時(shí)應(yīng)將量程撥回低檔。以確保下次量程處在低阻量程檔。

七、典型應(yīng)用

7.1  測(cè)量防靜電鞋、導(dǎo)電鞋的電阻值

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB4386-84《防靜電膠底鞋（靴）、導(dǎo)電膠底鞋（靴）電阻值測(cè)量方法》防靜電鞋的電阻值必須為0.5.×10⁵ Ω～1.0×10⁸ Ω范圍內(nèi)，導(dǎo)電鞋的電阻值必須不大于1.5X10⁵ 歐姆.不僅制造廠在出廠時(shí)必須按這一標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，合格后才能出廠，在工廠使用過程中也必須按這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定期檢驗(yàn)，合格后才能穿用。

測(cè)量方法(見下圖7.1)

            圖 7.1防靜電膠底鞋（靴）、導(dǎo)電膠底鞋（靴）電阻值測(cè)量方法

制造廠測(cè)量新鞋的電阻值時(shí)，應(yīng)將硫化后有新鞋放置24小時(shí)以上，然后在測(cè)量所要求的溫度、濕度環(huán)境中放置2小時(shí)以后才能進(jìn)行測(cè)量。使用單位在定期檢測(cè)時(shí)應(yīng)將鞋洗干凈，其溫濕度的要求及放置時(shí)間同上。測(cè)量環(huán)境要求為：溫度：10℃ ～ 40℃相對(duì)濕度為40% ～ 70%。

由于ST2643型超高阻計(jì)是內(nèi)部同時(shí)測(cè)量電壓和電流，且直接顯示出電阻值，所以不必另外使用電壓表和電流表以及計(jì)算電阻值。

根據(jù)上述測(cè)試的結(jié)果，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來確定被測(cè)鞋是否合格或能否穿用。

7.2. 測(cè)量防靜電材料的電阻及電阻率

一般防靜電材料的電阻值在10⁵ Ω～10¹⁰ Ω左右的范圍內(nèi)，其測(cè)量電極可采用三電極或二電極，其具體測(cè)量方法可參照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或有關(guān)資料。

7.3. 測(cè)量計(jì)算機(jī)房用活動(dòng)地板的系統(tǒng)電阻值

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ6650-86《計(jì)算機(jī)房用活動(dòng)地板技術(shù)條件》。采用該標(biāo)準(zhǔn)的電極（也可用三電極中的主電極）測(cè)量

7.4. 測(cè)量絕緣材料電阻(率)

絕緣材料如塑料（聚乙稀，聚氯乙稀，尼龍等）橡膠等的電阻率很高，測(cè)量時(shí)應(yīng)采取屏蔽措施，以免讀數(shù)不穩(wěn)甚至無法測(cè)量。測(cè)量時(shí)可采用三電極。具體方法可參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1410。

八、高阻測(cè)量常見問題

8.1 為什么在測(cè)量同一物體時(shí)用不同的電阻量程有不同的讀數(shù)？

這是因?yàn)闇y(cè)量電阻時(shí)為防止過電壓損壞儀器，如果出現(xiàn)過量程時(shí)儀器內(nèi)保護(hù)電路開始工作，將測(cè)試電壓降下來以保護(hù)機(jī)內(nèi)放大器。在不同的電壓下測(cè)量同一物體會(huì)有不同的結(jié)果。而且有的材料是非線性的，即電壓與電流是不符合歐姆定律，有改變電壓時(shí)由于電流不是線性變化，所以測(cè)量的電阻也會(huì)變化。在實(shí)際使用時(shí)，即讀數(shù)位數(shù)多的比讀數(shù)位數(shù)少的準(zhǔn)確度高。

8.2．為什么測(cè)量一些物體的電流時(shí)用不同的量程也會(huì)出現(xiàn)測(cè)出結(jié)果相差較大？

這是因?yàn)橐话阄矬w輸出的電流不是恒定流，而儀器有一定內(nèi)阻，若在儀器上所選量程的內(nèi)阻過大以至于在儀器上的電壓降影響被測(cè)物體的輸出電流時(shí)會(huì)造成測(cè)量誤差。一般電流越小的量程內(nèi)阻越高，所以在測(cè)量電流時(shí)應(yīng)選用電流大的量程。在實(shí)際使用時(shí)即只要電流表有讀數(shù)時(shí)，讀數(shù)位數(shù)少的小的比讀數(shù)位數(shù)多的準(zhǔn)確度高。

8.3．為什么測(cè)量時(shí)儀器的讀數(shù)總是不穩(wěn)？

一般的材料其導(dǎo)電性不是嚴(yán)格像標(biāo)準(zhǔn)電阻樣在一定的電壓下有很穩(wěn)定的電流，有很多材料特別是防靜電材料其導(dǎo)電性不符合歐姆定律，所以在測(cè)量時(shí)其讀數(shù)不穩(wěn)。這不是儀器的問題，而是被測(cè)量物體的性能決定的。有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以測(cè)量1分鐘時(shí)間的讀數(shù)為準(zhǔn)。通常在測(cè)量高電阻或微電流時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確度因重復(fù)性不好，對(duì)測(cè)量讀數(shù)只要求2位或3位。另外在測(cè)量大電阻時(shí)如果屏蔽不好也會(huì)因外界的電磁信號(hào)對(duì)儀器測(cè)量結(jié)果造成讀數(shù)不穩(wěn)。

在儀器有問題時(shí)也不要隨便打開機(jī)箱因機(jī)內(nèi)高壓造成電擊，要將儀器找專業(yè)技術(shù)人員或寄回廠家修理。

8.5 為什么在測(cè)量電阻過程中不要改變對(duì)被測(cè)物的測(cè)試電壓？

在測(cè)量電阻過程中如果改變對(duì)被測(cè)物的測(cè)試電壓，無論電壓變高或變低時(shí)都將會(huì)產(chǎn)生大脈沖電流，這個(gè)大的電流很有可能使儀器過量程甚至更損壞儀器。另一方面如果電壓突然變化也會(huì)通過被測(cè)量物體的（分布）電容放電或反向放電對(duì)測(cè)量?jī)x器造成沖擊而損壞儀器。有的物體的耐壓較低當(dāng)您改變測(cè)量電壓時(shí)有可能擊穿而產(chǎn)生大電流損壞儀器。如果要改變測(cè)量電壓，在確保被測(cè)量物體不會(huì)因電壓過高擊穿時(shí)，要先將量程開關(guān)撥到10⁴檔后關(guān)閉電源，再?gòu)膬x器后面板調(diào)整到所要求的電壓。有的材料是非線性的，即電壓與電流是不符合歐姆定律，有改變電壓時(shí)由于電流不是線性變化，所以測(cè)量的電阻也會(huì)變化。

九、三電極接線說明

通常測(cè)量電阻可用二電極，一個(gè)接高壓電極，另一個(gè)接電流電極就行了，儀器的地線用于屏蔽用，在測(cè)量高電阻時(shí)要與屏蔽箱的地相接以防干擾。測(cè)量低電阻時(shí)可以不用。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB1410 固體電工絕緣材料絕緣電阻、體積電阻系數(shù)和表面電阻試驗(yàn)方

法》中推薦一種三電極測(cè)量方法：

它是由三個(gè)獨(dú)立的電極組成:

9.1.中心為圓柱體,直徑為50mm, 標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定高度，但一般是40mm

9.2.圓柱體外為一圓環(huán),圓環(huán)內(nèi)徑為60mm,外徑為80mm, 標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定高度，但一般是40mm

9.3.底為一平板, 直徑為100mm的圓板. 標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定厚度，但一般為10mm

9.4. 詳細(xì)資料可參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB1410固體電工絕緣材料絕緣電阻、體積電阻系數(shù)和表面電阻試驗(yàn)方法》

如果使用這種三電極測(cè)量材料表面電阻或體積電阻，可以按下圖接線：

（1）測(cè)表面電阻:（電流流過被測(cè)量物體表面時(shí)測(cè)得的電阻）

高阻計(jì)高壓輸出(紅)接圓環(huán)電極

高阻計(jì)電流輸入端(芯線)接圓柱電極

高阻計(jì)地(黑,屏蔽線)接圓盤電極

（2）測(cè)體積電阻: （電流流過被測(cè)量物體體內(nèi)時(shí)測(cè)得的電阻）

高阻計(jì)高壓輸出(紅)接圓盤電極

高阻計(jì)電流輸入端(芯線)接圓柱電極

高阻計(jì)地(黑, 屏蔽線)接圓環(huán)電極

十、產(chǎn)品配套

產(chǎn)品成套對(duì)照表