電阻率的測(cè)量方法是測(cè)量電阻，然后再考慮幾何因素將其變換成表面電阻率或體積電阻率。測(cè)量絕緣材料電阻的理想方法是向樣品施加一個(gè)已知的電壓，再使用靜電計(jì)或皮安計(jì)測(cè)量產(chǎn)生的電流。為了考慮樣品的幾何因素，應(yīng)當(dāng)使用尺寸方便的電極，例如吉時(shí)利8009型電阻率測(cè)試盒。其電極滿足ASTM 標(biāo)準(zhǔn)D257“絕緣材料的直流電阻或電導(dǎo)”的要求。本文詳細(xì)介紹了如何使用這些測(cè)試夾具來(lái)進(jìn)行表面電阻率和體電阻率的測(cè)量，以及測(cè)量電阻率時(shí)使用的變換極性和變換電壓的技術(shù)。

體電阻率的測(cè)量

體電阻率是材料直接通過(guò)泄漏電流的能力的度量。體電阻率定義為邊長(zhǎng)1厘米的立方體絕緣材料的電阻，并表示為歐姆-厘米。測(cè)量體電阻率時(shí)，將樣品放在兩個(gè)電極之間，并在兩個(gè)電極之間施加一個(gè)電位差。產(chǎn)生的電流將分布在測(cè)試樣品的體內(nèi)，并由皮安計(jì)或靜電計(jì)來(lái)測(cè)量。電阻率則由電極的幾何尺寸和樣品的厚度計(jì)算出來(lái)：

其中：ρ = 體電阻率(歐姆-厘米)

KV = 由測(cè)試盒的幾何尺寸決定的體電阻率測(cè)試盒的常數(shù)(厘米2)

V = 施加的電壓(伏特)

I = 測(cè)得的電流(安培)

t = 樣品的厚度(厘米)

圖4-22 介紹一種符合ASTM D257標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量體電阻率的配置情況。在此電路中，安培計(jì)的HI端連在底部的電極上，電壓源的HI端連在頂部的電極上。安培計(jì)的LO端和電壓源的LO端連在一起。底部的外電極連到保護(hù)端(安培計(jì)的LO端)以避免在測(cè)量中計(jì)入表面泄漏電流。

表面電阻率的測(cè)量

表面電阻率定義為材料表面的電阻，并表示為歐姆(通常稱為方塊電阻)。其測(cè)量方法是將兩個(gè)電極放在測(cè)試樣品的表面，在電極之間施加一個(gè)電位差，并測(cè)量產(chǎn)生的電流。表面電阻率計(jì)算如下：

其中：σ = 表面電阻率(歐姆)

KS = 由測(cè)試盒的幾何尺寸決定的表面電阻率測(cè)試盒的常數(shù)

V = 施加的電壓(伏特)

I = 測(cè)得的電流(安培)

圖4-23 是測(cè)量表面電阻率的配置情況。這個(gè)配置類似于進(jìn)行體電阻率測(cè)量的電路，只是現(xiàn)在電阻是在底部的兩個(gè)電極之間測(cè)量的。注意，頂部的電極接保護(hù)，所以只有流經(jīng)絕緣體表面的電流才為皮安計(jì)所測(cè)量。

測(cè)試參數(shù)

體電阻率和表面電阻率的測(cè)量決定于幾個(gè)因素。首先，它們是所加電壓的函數(shù)。有的時(shí)候，我們有意地改變電壓，以確定絕緣體電阻率對(duì)電壓的依賴關(guān)系。電阻率還隨著充電時(shí)間的長(zhǎng)度而變化。由于材料按指數(shù)形式不斷充電，所以施加電壓的時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)量出的電流就變得越低。 濕度對(duì)表面電阻率測(cè)量有重大的影響，對(duì)體電阻率的測(cè)量也有影響，只是其程度要小一些。濕度將使表面電阻率的測(cè)量結(jié)果比正常情況低一些。

為了對(duì)特定的測(cè)試工作進(jìn)行準(zhǔn)確的比較，在一次測(cè)試和另一次測(cè)試之間，施加的電壓、充電時(shí)間和環(huán)境條件都應(yīng)當(dāng)保持恒定。

使用Keithley 8009型電阻率測(cè)試盒

使用8009型電阻率測(cè)試盒時(shí)不需要進(jìn)行樣品準(zhǔn)備工作。這個(gè)測(cè)試夾具提供標(biāo)準(zhǔn)化的電極配置，不需要在樣品上噴涂電極或使用水銀填充的環(huán)。使用這個(gè)測(cè)試夾具時(shí)，推薦的樣品尺寸為直徑2.5到4英寸，厚度可達(dá)0.125英寸。

某些特別硬的樣品，如玻璃、環(huán)氧樹(shù)脂和陶瓷等需要在不銹鋼電極和樣品表面之間有一個(gè)接觸面。8009型備有頂部和底部電極的導(dǎo)電橡膠，以增強(qiáng)樣品和測(cè)試夾具之間的表面接觸。由于電極的面積變成了接觸介質(zhì)的面積，所以需要特別注意。如果與電極的配置和尺寸不同，系統(tǒng)提供的變換常數(shù)可能無(wú)效。

8009型采用了一種安全互鎖機(jī)構(gòu)，在測(cè)試夾具的蓋子關(guān)閉之前，高電壓不能施加到電極上。此裝置還對(duì)樣品進(jìn)行屏蔽，使其不受靜電干擾的影響。

偏置修正技術(shù)

在測(cè)量電阻率非常高的材料時(shí)，背景電流可能會(huì)引起測(cè)量誤差。背景電流可能是由材料中儲(chǔ)存的電荷(介電吸收)、靜電或摩擦電的電荷或壓電效應(yīng)引起的。背景電流可能等于或大于所加電壓源激勵(lì)出的電流。如果背景電流和測(cè)量的電流同極性，那么測(cè)量出的電流值將會(huì)比真值大得多。如果背景電流是反極性的，那么這種不希望有的電流可能會(huì)引起反極性的電流讀數(shù)。這就是說(shuō)，電流的極性和所加電壓的極性相反，于是計(jì)算出的電阻將為負(fù)值。為了解決這個(gè)問(wèn)題，采用變換極性和變換電壓的方法實(shí)際上可以消除背景電流對(duì)樣品的影響。

變換極性法

變換極性法施加一個(gè)正極性的偏置電壓，然后在規(guī)定的延遲時(shí)間后測(cè)量電流。接著將極性反向，經(jīng)過(guò)同樣的延遲時(shí)間再測(cè)量電流。這種極性反轉(zhuǎn)過(guò)程可以重復(fù)任意的次數(shù)。根據(jù)最近的電流測(cè)量結(jié)果，按照加權(quán)平均可以計(jì)算出電阻值。

6517A型靜電計(jì)與變換極性法已被做成一個(gè)現(xiàn)成的測(cè)試程序。使用這個(gè)方法，用戶輸入測(cè)試電壓、測(cè)量時(shí)間和重復(fù)次數(shù)。儀器就計(jì)算出最后的電阻值并將其存入存儲(chǔ)器。

6524型高阻測(cè)試軟件使用戶能夠觀察由施加變換極性測(cè)試電壓所產(chǎn)生的實(shí)際電流波形。典型的波形示于圖4-24。注意在使用正、負(fù)測(cè)試電壓時(shí)電流的指數(shù)衰減情況。圖中標(biāo)記出的X表示根據(jù)最后幾次測(cè)量結(jié)果的加權(quán)平均計(jì)算出的電流。

除了高阻測(cè)試之外，該軟件還包括其它三種程序。高阻步進(jìn)響應(yīng)程序(HI-R Step Re sponse Program)分析加上一個(gè)電壓激勵(lì)后產(chǎn)生的電流瞬變過(guò)程，并能用來(lái)確定對(duì)給定樣品的合適的測(cè)量時(shí)間。高阻掃描測(cè)試(HI-RSweep Test)程序能夠在掃描下列參數(shù)之一的同時(shí)測(cè)量電流或電阻?？梢話呙璧膮?shù)有：變換極性的電壓、偏置電壓或測(cè)量時(shí)間。高阻、溫度和相對(duì)濕度(HI-R, T and RH)程序可以畫(huà)出電阻對(duì)時(shí)間的曲線，使用適當(dāng)?shù)奶筋^還可以畫(huà)出電阻對(duì)溫度或相對(duì)濕度的曲線。

變換電壓法

6487型皮安計(jì)電壓源具有內(nèi)置的變換電壓極性歐姆模式。這種模式將進(jìn)行兩次電流測(cè)量，一次在用戶規(guī)定的測(cè)試電壓下進(jìn)行測(cè)量，另一次在0V下進(jìn)行測(cè)量。這種模式通過(guò)確定由每個(gè)電壓產(chǎn)生的2個(gè)電流差，可以消除掉背景電流的影響。