Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7918:2008 Phương pháp thử nghiệm suất điện trở khối và suất điện trở bề mặt

• Số hiệu: TCVN7918:2008
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2008

Polyetylen glyco khan có khối lượng phân tử 600	800 phần theo khối lượng
Nước	200 phần theo khối lượng
Xà phòng mềm (chất lượng dược phẩm)	1 phần theo khối lượng
Kali clorua	10 phần theo khối lượng

Các điện cực phải được miết với áp lực đủ để loại bỏ các nếp nhăn và đẩy lượng chất kết dính dư về phía mép của lá kim loại tại đó có thể lau sạch bằng giấy ăn. Cũng có thể miết bằng vật liệu mềm ví dụ như ngón tay. Kỹ thuật này chỉ có thể được sử dụng trên mẫu có bề mặt rất nhẵn. Có thể giảm màng kết dính xuống còn 0,0025 mm hoặc nhỏ hơn khi thực hiện cẩn thận.

8. Di chuyển và lắp đặt mẫu

Điều quan trọng là dòng điện tạp tán giữa các điện cực hoặc giữa điện cực dùng để đo và đất không được có ảnh hưởng đáng kể lên số đọc của dụng cụ đo. Khi đặt điện cực, khi di chuyển và lắp đặt mẫu để đo cần hết sức cẩn thận để tránh hình thành các tuyến tạp tán có thể có ảnh hưởng bất lợi lên kết quả của phép đo.

Khi đo điện trở bề mặt, không được làm sạch bề mặt trừ khi có thỏa thuận hoặc có quy định. Chỉ được chạm vào phần bề mặt cần đo bằng bề mặt của một mẫu khác có cùng vật liệu mà bề mặt của nó chưa bị chạm tới.

9. Ổn định

Việc ổn định cần thực hiện trên mẫu phụ thuộc vào vật liệu cần thử nghiệm và cần được quy định trong quy định kỹ thuật của vật liệu.

Các điều kiện khuyến cáo được cho trong IEC 60212: Điều kiện tiêu chuẩn để sử dụng trước và trong quá trình thử nghiệm vật liệu cách điện rắn, và độ ẩm tương đối kết hợp với dung dịch muối khác nhau được cho trong IEC 60260: Vỏ bọc thử nghiệm loại không phun đối với độ ẩm tương đối không đổi. Có thể sử dụng hệ thống bay hơi bằng cơ khí.

Cả suất điện trở khối và suất điện trở bề mặt đều đặc biệt nhạy với thay đổi nhiệt độ. Thay đổi này theo quy luật hàm số mũ. Do đó cần đo điện trở khối và điện trở bề mặt của mẫu trong các điều kiện quy định. Thời gian ổn định kéo dài được yêu cầu để xác định ảnh hưởng của độ ẩm lên suất điện trở khối vì hấp thụ nước vào chất điện môi là quá trình tương đối chậm. Hấp thụ nước thường làm giảm điện trở khối. Một số mẫu có thể yêu cầu hàng tháng để đạt được cân bằng.

10. Quá trình thử nghiệm

...

...

...

Kích thước mẫu và kích thước điện cực, và độ rộng của khe hở bề mặt g được đo với độ chính xác ± 1%. Tuy nhiên, đối với các mẫu mỏng có thể quy định độ chính xác khác trong quy định kỹ thuật liên quan, nếu thích hợp.

Để xác định điện trở khối, chiều dày trung bình của từng mẫu được xác định theo quy định kỹ thuật liên quan, các điểm đo được phân bố đều trên diện tích được che phủ bởi điện cực đo được che chắn.

CHÚ THÍCH: Đối với các mẫu mỏng, ít nhất là cần phải đo chiều dày trước khi đặt điện cực.

Nhìn chung, phép đo điện trở cần được thực hiện ở độ ẩm (ngoại trừ đối với ổn định bằng cách nhúng trong chất lỏng) và nhiệt độ giống như được sử dụng trong quá trình ổn định. Tuy nhiên trong một số trường hợp, có thể đo trong thời gian quy định sau khi kết thúc quá trình ổn định.

10.1. Điện trở khối

Trước khi đo, mẫu phải được đặt vào điều kiện ổn định điện môi. Để đạt được điều này, nối tắt điện cực đo số 1 và số 3 của mẫu, (Hình 1a) thông qua thiết bị đo và theo dõi sự thay đổi dòng điện trong khi tăng độ nhạy của thiết bị đo dòng như yêu cầu. Tiếp tục cho đến khi dòng điện ngắn mạch đạt đến giá trị tương đối ổn định, nhỏ hơn giá trị ổn định dự kiến của dòng điện khi đặt điện áp, hoặc nếu liên quan, dòng điện ở 100 min từ khi đặt điện áp. Vì có khả năng thay đổi hướng của dòng điện ngắn mạch nên ngắn mạch cần được duy trì ngay cả khi dòng điện đi qua điểm không. Độ lớn và hướng của dòng điện ngắn mạch l₀ được ghi lại khi dòng điện này về cơ bản là không đổi, và có thể đòi hỏi trong vài giờ.

Sau đó đặt điện áp một chiều quy định, đồng thời khởi động thiết bị đếm thời gian. Nếu không có quy định nào khác, thực hiện phép đo sau mỗi thời gian đặt điện áp là: 1 min, 2 min, 5 min, 10 min, 50 min, 100 min. Nếu hai phép đo liên tiếp cho các kết quả giống nhau thì có thể kết thúc thử nghiệm, và khi đó sử dụng giá trị tìm được để tính toán điện trở khối. Ghi lại thời gian từ khi đặt điện áp cho đến lần đầu tiên có kết quả đo giống nhau. Nếu trạng thái ổn định không đạt được trong vòng 100 min thì điện trở khối được ghi lại là hàm của thời gian đặt điện áp.

Đối với các thử nghiệm chấp nhận, giá trị sau khoảng thời gian đặt điện áp cố định, ví dụ 1 min, được sử dụng như quy định trong yêu cầu kỹ thuật liên quan.

10.2. Điện trở bề mặt

...

...

...

11. Tính toán

11.1. Suất điên trở khối

Suất điện trở khối phải được tính từ công thức sau:

r = R_x . A/h

trong đó

r là suất điện trở khối, tính bằng ôm mét (ôm centimét)

R_x là điện trở khối, tính bằng ôm, được đo theo quy định trong 10.1

A là diện tích hữu dụng của điện cực được che chắn, tính bằng mét vuông (hoặc centimét vuông)

h chiều dày trung bình của mẫu, tính bằng mét (hoặc centimét)

...

...

...

Đối với một số vật liệu có suất điện trở cao, dòng điện ngắn mạch l₀ trước khi đặt điện áp (xem 10.1) có thể có giá trị đáng kể so với dòng điện ổn định l_s trong thời gian đặt điện áp. Trong các trường hợp như vậy, điện trở khối được xác định như sau:

R_x = U_x / (l_s ± l₀)

R_x là điện trở khối, tính bằng ôm

U_x là điện áp đặt, tính bằng vôn

I_s là dòng điện ổn định, tính bằng ampe, trong thời gian đặt điện áp, hoặc giá trị dòng điện, tính bằng ampe, sau 1 min, 10 min và 100 min nếu dòng điện thay đổi trong thời gian đặt điện áp

I₀ là dòng điện ngắn mạch, tính bằng ampe, trước khi đặt điện áp

Sử dụng dấu trừ khi I₀ cùng hướng với l_s ngược lại thì sử dụng dấu cộng.

11.2. Suất điện trở bề mặt

Suất điện trở bề mặt phải được tính bằng công thức:

...

...

...

trong đó:

s  suất điện trở bề mặt, tính bằng ôm

R_x là điện trở bề mặt, tính bằng ôm, được đo theo quy định trong 10.2

p là chu vi hữu dụng, tính bằng mét (centimét) của điện cực được che chắn đối với bố trí điện cực cụ thể được sử dụng

g là khoảng cách, tính bằng mét (centimét), giữa hai điện cực

11.3. Khả năng tái lập

Do có sự thay đổi điện trở của mẫu cho trước với các điều kiện thử nghiệm và do tính không đồng nhất giữa các mẫu nên việc xác định thường không có khả năng tái lập trong phạm vi sát hơn ± 10% và thậm chí thường lệch nhau nhiều hơn (phạm vi các giá trị từ 10 đến 1 có thể đạt được trong các điều kiện hiển nhiên là như nhau).

Để các phép đo trên các mẫu giống nhau có thể so sánh được, chúng phải được thực hiện với các građien điện áp xấp xỉ bằng nhau.

12. Báo cáo

...

...

...

a) mô tả và nhận biết vật liệu (tên, loại, màu, nhà chế tạo, v.v…);

b) hình dạng và kích thước mẫu;

c) kiểu, vật liệu và kích thước của các điện cực và màn chắn;

d) ổn định mẫu (làm sạch, sấy trước, thời gian ổn định, độ ẩm và nhiệt độ, v.v…);

e) điều kiện thử nghiệm (nhiệt độ mẫu, độ ẩm tương đối);

f) phương pháp đo;

g) điện áp đặt;

h) suất điện trở khối (nếu có liên quan);

CHÚ THÍCH 1: Khi quy định thời gian đặt điện áp cố định, thì phải nêu thời gian này, đưa ra các kết quả riêng rẽ và ghi vào báo cáo giá trị trung bình làm giá trị suất điện trở khối.

...

...

...

Khi mẫu đạt đến trạng thái ổn định trong thời gian đặt điện áp như nhau, cho các kết quả riêng rẽ, và ghi vào báo cáo giá trị trung bình làm giá trị suất điện trở khối. Khi một số mẫu không đạt đến trạng thái ổn định trong thời gian đặt điện áp này, ghi vào báo cáo số lượng mẫu đó và ghi vào báo cáo các kết quả riêng rẽ của chúng. Khi các kết quả này phụ thuộc vào thời gian đặt điện áp, ghi vào báo cáo mối quan hệ này, ví dụ ở dạng đồ thị, hoặc dưới dạng giá trị suất điện trở khối sau 1 min, 10 min và 100 min.

i) suất điện trở bề mặt (nếu có liên quan): đưa ra các giá trị riêng rẽ sau 1 min đặt điện áp và ghi vào báo cáo giá trị trung bình làm giá trị suất điện trở bề mặt.

PHỤ LỤC A

(quy định)

Ví dụ về phương pháp đo và độ chính xác

A.1. Phương pháp vôn mét – ampe mét

Phương pháp trực tiếp này sử dụng điện được thể hiện Hình 5. Điện áp đặt được đo bằng vôn mét một chiều. Dòng điện được đo bằng thiết bị đo dòng, có thể là điện thế kế (hiện nay ít được sử dụng), một dụng cụ đo có khuếch đại điện tử hoặc dụng cụ đo điện.

Nhìn chung, trong khi mẫu được nạp điện, thiết bị đo cần được nối tắt để tránh hỏng trong thời gian này.

...

...

...

R_x = U / ka

trong đó:

U là điện áp đặt, tính bằng vôn

k là độ nhạy của điện thế kế có nối sun, tính bằng ampe trên một độ chia

a là độ lệch, tính bằng số vạch chia

Các điện trở có giá trị khoảng từ 10^10 W đến 10^11 Wcó thể được đo ở 100 V với độ chính xác yêu cầu bằng điện thế kế.

Dụng cụ đo có khuếch đại điện tử hoặc thiết bị đo điện có điện trở đầu vào lớn được nối sun bằng điện trở đã biết có điện trở lớn R_s có thể được sử dụng làm thiết bị đo dòng. Dòng điện được đo dưới dạng điện áp rơi U_s trên R_s. Giá trị điện trở chưa biết R_x có thể được tính như sau:

R_x = U . R_s/U_s

trong đó:

...

...

...

Một số điện trở R_s khác nhau có thể nằm trong vỏ của dụng cụ đo và do đó dụng cụ đo thường được chia độ trực tiếp thành ampe hoặc ước số của ampe.

Giá trị điện trở lớn nhất mà có thể được đo với độ chính xác yêu cầu phụ thuộc vào đặc tính của thiết bị đo dòng. Sai số trong U_s được xác định bằng sai số của bộ chỉ thị, sự trôi điểm không và độ ổn định độ khuếch đại của bộ khuếch đại. Trong thiết bị đo điện và bộ khuếch đại được thiết kế thích hợp, độ không ổn định của độ khuếch đại là không đáng kể, và sự trôi điểm không có thể được giữ ở giá trị nhỏ sao cho không cần quan tâm đến thời gian của các phép đo này. Sai số của bộ chỉ thị đối với vôn mét điện tử có độ khuếch đại lớn thường là ±2 % đến ±5 % của độ lệch toàn thang đo, và các điện trở đến 10^12 W có độ chính xác xấp xỉ nhau là khả thi. Nếu thiết bị đo điện áp có điện trở đầu vào lớn hơn 10^14 W và độ lệch toàn thang đo ở điện áp vào 10 mV thì dòng điện 10^-14A có thể đo được với độ chính xác xấp xỉ ±10 %.

Do đó, có thể đo được điện trở 10^16 W tại điện áp 100 V với độ chính xác yêu cầu bằng điện trở chính xác có giá trị điện trở cao và vôn mét khuếch đại điện tử và thiết bị đo điện.

A.2. Phương pháp so sánh

A.2.1. Phương pháp cầu Wheatstone

Mẫu thử nghiệm được nối vào một nhánh của cầu Wheatstone như thể hiện trên Hình 6. Ba nhánh đã biết phải có điện trở cao nhất có thể, bị hạn chế bởi các sai số vốn có trong các điện trở đó. Thông thường, điện trở R_B được thay đổi theo các bước bằng một đề các và giá trị điện trở R_A được sử dụng để tinh chỉnh cân bằng, và R_N giữ cố định trong thời gian đo. Bộ phát điện phải là khuếch đại một chiều có điện trở đầu vào lớn hơn so với nhánh bất kỳ trong các nhánh này. Điện trở chưa biết R_x được tính như sau:

R_x = R_N . R_B / R_A

trong đó R_A, R_B và R_N được thể hiện trên Hình 6.

Sai số lớn nhất tính bằng phần trăm trong điện trở tính được là tổng của các sai số tính bằng phần trăm theo R_A, R_B và R_N khi bộ phát hiện điểm không có đủ độ nhạy. Nếu R_Avà R_B là điện trở dây quấn có giá trị thấp, ví dụ, 1 MW, sai số của chúng có thể không đáng kể, và để đo điện trở rất cao, ví dụ R_N có thể bằng 10^9 W, thì có thể biết được với độ chính xác ±2 %. Độ chính xác khi xác định tỷ số R_B/R_A chủ yếu phụ thuộc vào độ nhạy của bộ phát điện điểm không. Nếu điện trở chưa biết R_x ññ R_N, độ không đảm bảo Dr khi xác định tỷ số r = R_B / R_A được xác định bằng Dr / r = I_g . R_x / U, trong đó I_g là dòng điện tối thiểu mà bộ phát hiện điểm không có thể nhận thấy được và U là điện áp đặt vào cầu. Ví dụ, nếu dụng cụ đo có khuếch đại điện tử có điện trở vào 1 MW và sử dụng độ lệch toàn thang đo đối với điện áp đầu vào 10^-5 thì dòng điện thấp nhất nhận thấy được sẽ vào khoảng 2.10^-13 A, ứng với 2 % độ lệch toàn thang đo. Với giá trị I_g này, thì U = 100 V, R_x = 10^13 W và đạt được Dr/r = 0,02 hoặc 2 %.

...

...

...

A.2.2. Phương pháp ampe mét

Phương pháp này sử dụng mạch điện trên Hình 7, và các linh kiện giống với phương pháp mô tả trong A1, có thêm điện trở R_N có giá trị đã biết, và công tắc để nối tắt điện trở chưa biết. Quan trọng là ở chỗ điện trở của công tắc này ở vị trí hở mạch phải lớn hơn nhiều so với điện trở chưa biết R_x để không làm ảnh hưởng đến phép đo R_x. Yêu cầu này dễ dàng đạt được bằng cách nối tắt R_x bởi sợi dây đồng, và sẽ được lấy ra khi đo R_x. Nhìn chung, ưu tiên để R_N trong mạch điện trong suốt quá trình đo để giới hạn dòng điện trong trường hợp có hỏng mẫu và do đó bảo vệ được thiết bị đo dòng.

Khi công tắc ngắt, dòng điện chạy qua R_x và R_N được xác định như quy định trong Điều 10 bằng cách ghi lại độ lệch của dụng cụ đo a_x và tỷ số sun F_x, điện trở sun được điều chỉnh để cho ra độ lệch thang đo lớn nhất có thể. Sau đó, R_x được nối tắt và dòng điện chạy qua R_N được xác định bằng cách ghi lại độ lệch của dụng cụ a_N và tỷ số sun F_N, điện trở sun lại được điều chỉnh để cho ra độ lệch thang đo lớn nhất có thể, bắt đầu từ độ nhạy nhỏ nhất. Với điều kiện là điện áp đặt U không thay đổi trong suốt thời gian đo, có thể tính R_x bằng công thức sau:

R_x = R_N [(a_NF_N / a_xF_x) – 1]

nếu a_NF_N / a_xF_x > 100 thì có thể sử dụng công thức xấp xỉ

R_x = R_N (a_NF_N / a_xF_x)

Phương pháp này cho phép xác định R_x với độ chính xác giống với phương pháp trực tiếp mô tả trong Điều A.1, nhưng có ưu điểm là thiết bị đo dòng điện được kiểm tra tại hiện trường bằng cách đo R_N mà sai số có thể không đáng kể bằng cách sử dụng điện trở dây quấn, dễ dàng đạt được với độ chính xác 0,1% hoặc tốt hơn. Do đó, phép đo dòng điện qua R_x có thể tin cậy hơn.

PHỤ LỤC B

...

...

...

Công thức tính A và p

Trong hầu hết các trường hợp, công thức xấp xỉ dưới đây có đủ độ chính xác để tính diện tích hữu dụng A và chu vi hữu dụng p của điện cực che chắn.

B.1. Diện tích hữu dụng A

a) Điện cực hình tròn (Hình 2) ………………………………………… A = p(d₁ + g)^2 / 4

b) Điện cực chữ nhật …………………………………………………… A = (a + g)(b + g)

c) Điện cực hình vuông ………………………………………………… A = (a + g)^2

d) Điện cực dạng ống …………………………………………………… A = p(d₀ + h)(l₁ + g)

trong đó d₀, d₁, g, h, và l₁ là các kích thước được thể hiện trên Hình 2 và Hình 3, còn a và b là chiều dài và chiều rộng tương ứng của điện cực được che chắn khi chúng có dạng hình chữ nhật hoặc hình vuông. Các kích thước này được tính bằng mét (centimét).

B.2. Chu vi hữu dụng p

...

...

...

b) Điện cực chữ nhật …………………………………………………… p = 2(a + b + 2g)

c) Điện cực hình vuông ………………………………………………… p = 4(a + g)

d) Điện cực dạng ống …………………………………………………… p = 2pd₀

trong đó ý nghĩa các ký hiệu giống với Điều B1.

Hình 1 – Đấu nối cơ bản đối với các điện cực được che chắn sử dụng cho

a) suất điện trở khối             b) suất điện trở bề mặt

Hình 2 – Ví dụ về bố trí điện cực trên mẫu dạng phẳng

...

...

...

Hình 3 – Ví dụ về bố trí điện cực trên mẫu dạng ống

Hình 4 – Bố trí các điện cực bằng chất lỏng

Hình 5 – Phương pháp vôn mét – ampe mét sử dụng để đo điện trở khối.

Đối với phép đo điện trở bề mặt, đấu nối đến mẫu được thể hiện như trên Hình 1b

Hình 6 – Phương pháp cầu Wheatstone sử dụng để đo điện trở khối. Đối với phép đo điện trở bề mặt, đấu nối đến mẫu được thể hiện như trên Hình 1b

...

...

...

MỤC LỤC

Lời nói đầu ...........................................................................................................................

1. Phạm vi áp dụng ...............................................................................................................

2. Định nghĩa .........................................................................................................................

3. Ý nghĩa .............................................................................................................................

4. Nguồn cung cấp ................................................................................................................

5. Phương pháp đo và độ chính xác ......................................................................................

6. Mẫu thử nghiệm ................................................................................................................

...

...

...

8. Di chuyển và lắp đặt mẫu ..................................................................................................

9. Ổn định .............................................................................................................................

10. Quy trình thử nghiệm .......................................................................................................

11. Tính toán .........................................................................................................................

12. Báo cáo ..........................................................................................................................

Phụ lục A (quy định) – Ví dụ về phương pháp đo và độ chính xác ...........................................

Phụ lục B (tham khảo) – Công thức tính A và p .......................................................................