體積表面電阻率試驗設備的測試原理、性能結構是是什么?

一、測試原理（IEC 60093 三同軸法）

1. 電路模型  

   試樣與三電極系統構成“三端子"網絡：  

   - 高壓電極（HV）→ 施加直流電壓 V  

   - 測量電極（ME）→ 采集電流 I  

   - 保護電極（Guard）→ 與 ME 等電位，把表面泄漏電流旁路到地  

   這樣儀器測到的 I 僅為“試樣體內或表面規定路徑"上的真實電流，表面污穢、支架泄漏、電纜絕緣不良等共模誤差被屏蔽層強制歸零。

2. 量值推導  

   體積電阻率：ρv = kV · V / I · t （kV 為體積電極常數，cm；t 為試樣厚度，cm）  

   表面電阻率：ρs = kS · V / I （kS 為表面電極常數，cm）  

   儀器內部固化了常用電極的 kV、kS，用戶只需輸入厚度即可一鍵得到 ρv/ρs，無需人工換算。

3. 電化與極化抑制  

   GB/T 1410 要求在施加電壓后“電化 60 s"再讀數，以消除介質吸收電流。PLC 可按 0–9999 s 設定電化時間，計時結束后自動采樣，保證不同試樣數據可比。

二、整機結構與關鍵模塊

1. 一體化屏蔽箱  

   儀器主機與屏蔽箱采用共殼體設計，內膽為 1 mm 鍍鎳鋼板，形成完整的法拉第籠；箱門采用鈹銅彈片與殼體 360°咬合，高頻泄漏衰減 > 90 dB@1 MHz，保證 10¹⁷Ω 量級測量時背景噪聲 < 0.5 fA。

2. 三同軸輸入子系統  

   高壓模塊：0 – 1 kV 可調，zui大輸出 2 mA，10 ppm/℃ 低溫漂基準，分 6 檔（10 V、50 V、100 V、250 V、500 V、1 000 V），誤差 ±2 %。  

   電流測量：采用“反饋式 I-V 轉換 + 24-bit Δ-Σ ADC"多檔并聯結構，量程 1 × 10^-15 A → 2 × 10^-3A，自動切換，基本誤差 ±1 %。  

   保護環驅動：Guard 與 ME 之間電位差 < 100 µV，確保表面泄漏電流旁路效率 > 99.999 %。

3. PLC 測控核心  

   三菱 FX3U 系列 PLC 完成：  

   電壓/電流量程繼電器陣列驅動  

   電化計時、自動采樣、平均值算法  

   溫度/濕度超限報警（0–40 ℃，≤ 70 %RH）  

   校準系數 EEPROM 存儲，掉電不丟失  

   觸控屏通過 RS-422 與 PLC 通訊，界面可中英文切換，實時顯示 V、I、R、ρs、ρv、溫度、濕度及趨勢圖。

4. 校準與溯源  

   內置 10 MΩ、1 GΩ、100 GΩ、10 TΩ 四只密封氮化鉭薄膜標準電阻，可一鍵執行“零點-增益-線性"三點校準，校準數據可導出到 U 盤，實現國家二級計量站溯源。

三、性能指標與典型優勢

1. 測量范圍：1 × 10⁴Ω → 1 × 10¹⁷Ω，覆蓋絕緣材料從“半導"到“超特高壓電纜料"全區間。  

2. 基本誤差：電阻 ±1 %，電壓 ±2 %，與 IEC 60093 對 1 級表要求一致。  

3. 分辨力：電流 0.1 fA，可檢測 1 × 10¹⁷ Ω 時 10 V 電壓下的 0.1 fA 信號，等效背景噪聲電阻 > 1 × 10¹⁹Ω。  

4. 重復性：對 1 × 10¹⁵ Ω PTFE 樣板，10 次測量相對標準差 < 0.3 %。  

5. 升降壓保護：測試結束自動“0 V→放電→接地"三狀態序列，防止薄膜試樣被靜電擊穿。  

6. 擴展接口：RS-485、USB-A（U 盤）、RJ45（可選），支持 MODBUS-RTU，可接入 LIMS 系統。