一、概述

ZST-121型固體絕緣材料體電阻率和表面電阻測試儀是按照國家標(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量裝置，它可以測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。

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

固體絕緣材料體電阻率和表面電阻測試儀主要由主機(jī)、高壓測試臺等部分組成。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)動及嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)組成。高壓測試臺主要由標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形三電極和連接線等組成！對于小面積高阻薄膜類樣品方阻測試可以選配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/手動轉(zhuǎn)換量程，測試結(jié)果由數(shù)字表頭直接顯示。儀器具有測量精度高、靈敏度高、穩(wěn)定性好、智能化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊、測量簡便、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)品的絕緣電阻測量。微弱電流測量如光電效應(yīng)和器件暗電流測量.

二、技術(shù)參數(shù)

1. 測量范圍、分辨率

測試電壓范圍U_X: 0.1V ～500V.

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

電流測試范圍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）、測試條件及誤差等級

3. 可測半導(dǎo)體材料尺寸（以標(biāo)準(zhǔn)電極為）

直        徑：  測試臺直接測試方式 寬(W)×長(L)≥90mm×90mm，或直徑 Φ≥90mm

厚        度：  測試臺直接測試方式 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℃

相對濕度：   ≤60%

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

6. 外形尺寸：

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

高壓測試臺：  Φ=100mm（底座直徑）×80 mm（高）

三、工作原理

1. 測試原理：體電阻率和表面電阻率測試原理簡介如下：

注：詳細(xì)原理請參照國家標(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量基本原理圖：

如下 圖1 固體絕緣材料電阻率測試原理圖

[2]體電阻率表面電阻率測量常用電極示意圖：

如下 圖2 標(biāo)準(zhǔn)平板樣品測試電極原理圖

如下 圖3 標(biāo)準(zhǔn)管狀樣品測試電極原理圖

[3]體電阻率表面電阻率測量計(jì)算公式：

[4]體電阻率表面電阻率測量重復(fù)性：

[5]體電阻率表面電阻率測量測試報(bào)告注意點(diǎn)：

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

當(dāng)測試樣品形狀和測試電極形式確定時(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試顯示測試電壓測試電流值，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)配備的測試三電極參數(shù)和測試樣品體電阻率或表面電阻率對應(yīng)修正系數(shù)：

  注：參照圖2，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型超高阻微電流測試儀能夠測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試儀。

5.1 操作概述

(1) 測試準(zhǔn)備（以體電阻率或表面電阻率測試為例）：

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！測試電極和測試樣品應(yīng)在測試前應(yīng)進(jìn)行清潔處理。

如圖4-1，將測試臺的線纜插頭與主機(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。

   測試電壓量程選擇，一般選先選50V檔，對于測試結(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測試電流            圖5-1C測試電壓

 (2) 參數(shù)設(shè)定：

儀器開機(jī)默認(rèn)狀態(tài)為“設(shè)定” 模式，參照圖5.1A 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）, 對于儀器所配電極，測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)測量：

設(shè)定完畢，按“模式”鍵，切換儀器到“測量”模式（電流或電壓）。按“啟動”按鈕，啟動高壓并開始測試，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)窗口顯示測試電流或測試電壓，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量結(jié)果。

！ 面板鍵盤詳細(xì)操作規(guī)則請見“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！再從儀器面板上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試操作：

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

5.4.作為微電流表的測試操作：

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

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

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

薄膜測試注意點(diǎn)，首先測試電壓盡量選用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，引起測試不準(zhǔn)甚至測試不出數(shù)據(jù)！如圖所示。

圖5-2  ZST-121-F02環(huán)形探頭

六.高壓高阻測試操作注意點(diǎn)：

     高壓高阻測量一定要嚴(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 在測試過程中不要隨意改動測量電壓。

隨意改動測量電壓可能因電壓的過高或電流過大損壞被測試器件或測試儀器，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，所以測量的電阻也會變化。測試電壓量程選擇，一般選先選50V檔，對于測試結(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 測量時(shí)從低次檔逐漸拔往高次檔

    測量時(shí)盡量用手動方式，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)被測體電阻大于儀器測量量程時(shí)，電阻表顯示“”，表示超量程，當(dāng)被測體電阻小于儀器測量量程時(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)量級指數(shù)即是被測值。當(dāng)有穩(wěn)定顯示數(shù)字時(shí)不要再往更高次檔撥，否測儀器會過量程，機(jī)內(nèi)保護(hù)電路開始工作，超或欠量程儀器測量準(zhǔn)確度會下降。!

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，而是被測量對象的導(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 測試過程中不能觸摸微電流測試端

微電流測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)后和測試過程中不能與微電流測試端接觸，以免損壞儀表。

6.7 在測量高阻時(shí)，應(yīng)采用屏蔽盒將被測物體屏蔽.

在測量大于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 每次測量完時(shí)應(yīng)將量程開關(guān)撥回“10³”檔再進(jìn)行下次測試

在測量時(shí)應(yīng)逐漸將量程開關(guān)撥到高阻檔，測量完時(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  測量防靜電鞋、導(dǎo)電鞋的電阻值

按照國家標(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）電阻值測量方法

制造廠測量新鞋的電阻值時(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)行測量。使用單位在定期檢測時(shí)應(yīng)將鞋洗干凈，其溫濕度的要求及放置時(shí)間同上。測量環(huán)境要求為：溫度：10℃ ～ 40℃相對濕度為40% ～ 70%。

由于ST2643型超高阻計(jì)是內(nèi)部同時(shí)測量電壓和電流，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)上述測試的結(jié)果，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來確定被測鞋是否合格或能否穿用。

7.2. 測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)，其測量電極可采用三電極或二電極，其具體測量方法可參照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或有關(guān)資料。

7.3. 測量計(jì)算機(jī)房用活動地板的系統(tǒng)電阻值

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

7.4. 測量絕緣材料電阻(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，測量時(shí)應(yīng)采取屏蔽措施，以免讀數(shù)不穩(wěn)甚至無法測量。測量時(shí)可采用三電極。具體方法可參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB1410。

八、高阻測量常見問題

8.1 為什么在測量同一物體時(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。在不同的電壓下測量同一物體會有不同的結(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，所以測量的電阻也會變化。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．為什么測量一些物體的電流時(shí)用不同的量程也會出現(xiàn)測出結(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物體的輸出電流時(shí)會造成測量誤差。一般電流越小的量程內(nèi)阻越高，所以在測量電流時(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，所以在測量時(shí)其讀數(shù)不穩(wěn)。這不是儀器的問題，而是被測量物體的性能決定的。有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以測量1分鐘時(shí)間的讀數(shù)為準(zhǔn)。通常在測量高電阻或微電流時(shí)測量準(zhǔn)確度因重復(fù)性不好，對測量讀數(shù)只要求2位或3位。另外在測量大電阻時(shí)如果屏蔽不好也會因外界的電磁信號對儀器測量結(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 為什么在測量電阻過程中不要改變對被測物的測試電壓？

在測量電阻過程中如果改變對被測物的測試電壓，無論電壓變高或變低時(shí)都將會產(chǎn)生大脈沖電流，這個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通過被測量物體的（分布）電容放電或反向放電對測量儀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。如果要改變測量電壓，在確保被測量物體不會因電壓過高擊穿時(shí)，要先將量程開關(guān)撥到10⁴檔后關(guān)閉電源，再從儀器后面板調(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，所以測量的電阻也會變化。

九、三電極接線說明

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

國家標(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量方法：

它是由三個獨(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量材料表面電阻或體積電阻，可以按下圖接線：

（1）測表面電阻:（電流流過被測量物體表面時(shí)測得的電阻）

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）測體積電阻: （電流流過被測量物體體內(nèi)時(shí)測得的電阻）

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)品成套對照表