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準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，也可單獨作為超高電阻計或微弱電流表使用。

本測試儀特增設雙窗口同步顯示測試結果(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、高壓測試臺等部分組成。主機主要由高壓電源、數控可編程放大器、高分辨率ADC、鍵盤輸入、顯示驅動及嵌入式單片機系統組成。高壓測試臺主要由標準環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。

儀器所有參數設定、功能轉換全部采用數字化鍵盤輸入；具有零位、滿度自校功能；可自動/手動轉換量程，測試結果由數字表頭直接顯示。儀器具有測量精度高、靈敏度高、穩定性好、智能化程度高、結構緊湊、測量簡便、讀數方便等特點。

本儀器適用于防靜電產品如防靜電鞋、防靜電塑料橡膠制品、計算機房防靜電活動地板等電阻值的檢驗以及絕緣材料和電子電器產品的絕緣電阻測量。微弱電流測量如光電效應和器件暗電流測量.

二、技術參數

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_V體電阻率修正系數1～99,默認標準三電極F_V=23.76cm/h

表面電阻率測試范圍ρ_S: F_S×10³Ω/□～F_S×10¹⁷Ω/□，F_S表面電阻率修正系數1～99,默認標準三電極F_S=34.55

2. 電阻量程劃分（電阻率要乘以相應修正系數1～99）、測試條件及誤差等級

3. 可測半導體材料尺寸（以標準電極為）

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< 15W

輸入: 220V±10%   50Hz

5. 本儀器工作條件為：

溫    度：   0～35℃

相對濕度：   ≤60%

工作室內應無強電磁場干擾，不與高頻設備共用電源。

6. 外形尺寸：

主      機：  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：詳細原理請參照國家標準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 標準平板樣品測試電極原理圖

如下 圖3 標準管狀樣品測試電極原理圖

[3]體電阻率表面電阻率測量計算公式：

[4]體電阻率表面電阻率測量重復性：

[5]體電阻率表面電阻率測量測試報告注意點：

[6]體電阻率表面電阻率測量快捷方式--標準測試電極時的修正系數：

當測試樣品形狀和測試電極形式確定時，則樣品體電阻率或表面電阻率與體電阻的換算系數就是常數。本儀器不但可以直接測試顯示測試電壓測試電流值，還可以設定相應換算系數值，就可以直接顯示樣品體電阻率或表面電阻率值。下表3.1是本機配備的測試三電極參數和測試樣品體電阻率或表面電阻率對應修正系數：

  注：參照圖2，按以下修正系數，體電阻率終單位為Ω·cm表面電阻率為Ω/□

表3.1 環形三電極修正系數

 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、結構特征

主機為儀器主要電氣部分所在，在其面板結構特征和標準三電極組成如圖4.1所示。

圖4.1 ZST-121面板特征和標準三電極組成示意圖

主機后蓋板設有交流220V電源插座和保險絲座以及電源開關。

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1.000），絕緣材料體電阻率ρ_V、表面電阻率ρ_S（后二項需調整不同的修正系數），也可用作為微電流測試儀。

5.1 操作概述

(1) 測試準備（以體電阻率或表面電阻率測試為例）：

主機電源開關置于斷開位置，將電源插頭插入具有漏電保護斷路器的電源插座。打開主機電源，預熱半小時后，投入使用為宜！測試電極和測試樣品應在測試前應進行清潔處理。

如圖4-1，將測試臺的線纜插頭與主機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 設定參數           圖5-1B測試電流            圖5-1C測試電壓

 (2) 參數設定：

儀器開機默認狀態為“設定” 模式，參照圖5.1A ZST-121面板示意圖，右窗口右側“設定”模式燈亮，通過鍵盤輸入需要的修正系數。系數有效范圍為00.01～99.99，,當前設定系數由右側窗口顯示。輸入完畢要按“確定”鍵保存。按鍵操作詳見下5.2節鍵盤輸入與窗口顯示規則說明，儀器默認修正系數（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F_V或F_S,對于其他非標準電極，參照原理章節3.3計算F_V或F_S

(3)測量：

設定完畢，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，窗口左側顯示體電阻率或表面電阻率（具體由設定系數意思確定），右側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，右側狀態指示燈指示。由數字顯示窗直接讀出測量結果。

！ 面板鍵盤詳細操作規則請見“鍵盤輸入與窗口顯示規則說明”。

  （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則說明（請參見圖4.1 ZST-121面板示意圖）

(1) 設定模式時鍵盤輸入與顯示規則

(2) 測量模式時鍵盤輸入與顯示規則

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，經電阻器，再由“I_i”端輸入構成測試回路，“UL”端不用。

5.4.作為微電流表的測試操作：

  對于單獨作為微電流表的測量操作，利用“I_i”作電流輸入端，經儀器，再由“UL”端輸出構成測試回路，“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型標準電極因尺寸較大不好測試，可以選用小型ZST-121-F02型環形電極探頭。

薄膜測試注意點，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閉就進行探頭升降操作，這樣會在電極和薄膜接觸未穩狀態時打火，灼傷或燒壞薄膜，引起測試不準甚至測試不出數據！如圖所示。

圖5-2  ZST-121-F02環形探頭

六.高壓高阻測試操作注意點：

     高壓高阻測量一定要嚴格按使用方法步聚進行，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，即大范圍內電壓與電流是不符合歐姆定律，有改變電壓時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，對于測試結果大于高阻10¹⁰的再選500V檔。再電壓檔位切換時，應該先關閉高壓。

6.3 測量時從低次檔逐漸拔往高次檔

    測量時盡量用手動方式，從低檔位逐漸拔往高檔，每撥一次稍停留至少1～2秒以使觀察顯示數字，當被測體電阻大于儀器測量量程時，電阻表顯示“”，表示超量程，當被測體電阻小于儀器測量量程時，電阻表顯示“”，表示欠量程，儀器超或欠量程時，量程指示燈和顯示數據會閃爍。此時應繼續將儀器撥到量程更高或更低的位置，當儀器測量量程合適時，便停止閃爍，穩定顯示數據，當前的數字乘以檔位指示數量級指數即是被測值。當有穩定顯示數字時不要再往更高次檔撥，否測儀器會過量程，機內保護電路開始工作，超或欠量程儀器測量準確度會下降。!

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也變化，這不是儀器本身的問題，而是被測量對象的導電機理復雜而使得阻值有些變化。在這種情況下往往取2位有效數就夠了。

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。在使用時要注意高壓線，開機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電壓及靜電的沖擊。所以在開機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，應采用屏蔽盒將被測物體屏蔽.

在測量大于10¹⁰ Ω以上時，為防止外界干擾面而引起讀數不穩。

6.8 每次測量完時應將量程開關撥回“10³”檔再進行下次測試

在測量時應逐漸將量程開關撥到高阻檔，測量完時應將量程撥回低檔。以確保下次量程處在低阻量程檔。

七、典型應用

7.1  測量防靜電鞋、導電鞋的電阻值

按照國家標準GB4386-84《防靜電膠底鞋（靴）、導電膠底鞋（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，導電鞋的電阻值必須不大于1.5X10⁵ 歐姆.不僅制造廠在出廠時必須按這一標準檢驗，合格后才能出廠，在工廠使用過程中也必須按這一標準進行定期檢驗，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）、導電膠底鞋（靴）電阻值測量方法

制造廠測量新鞋的電阻值時，應將硫化后有新鞋放置24小時以上，然后在測量所要求的溫度、濕度環境中放置2小時以后才能進行測量。使用單位在定期檢測時應將鞋洗干凈，其溫濕度的要求及放置時間同上。測量環境要求為：溫度：10℃ ～ 40℃相對濕度為40% ～ 70%。

由于ST2643型超高阻計是內部同時測量電壓和電流，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算電阻值。

根據上述測試的結果，根據標準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，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的標準或有關資料。

7.3. 測量計算機房用活動地板的系統電阻值

按照國家標準ＧＢ6650-86《計算機房用活動地板技術條件》。采用該標準的電極（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，測量時應采取屏蔽措施，以免讀數不穩甚至無法測量。測量時可采用三電極。具體方法可參照國家標準GB1410。

八、高阻測量常見問題

8.1 為什么在測量同一物體時用不同的電阻量程有不同的讀數？

這是因為測量電阻時為防止過電壓損壞儀器，如果出現過量程時儀器內保護電路開始工作，將測試電壓降下來以保護機內放大器。在不同的電壓下測量同一物體會有不同的結果。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，有改變電壓時由于電流不是線性變化，所以測量的電阻也會變化。在實際使用時，即讀數位數多的比讀數位數少的準確度高。

8.2．為什么測量一些物體的電流時用不同的量程也會出現測出結果相差較大？

這是因為一般物體輸出的電流不是恒定流，而儀器有一定內阻，若在儀器上所選量程的內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會造成測量誤差。一般電流越小的量程內阻越高，所以在測量電流時應選用電流大的量程。在實際使用時即只要電流表有讀數時，讀數位數少的小的比讀數位數多的準確度高。

8.3．為什么測量時儀器的讀數總是不穩？

一般的材料其導電性不是嚴格像標準電阻樣在一定的電壓下有很穩定的電流，有很多材料特別是防靜電材料其導電性不符合歐姆定律，所以在測量時其讀數不穩。這不是儀器的問題，而是被測量物體的性能決定的。有的標準規定以測量1分鐘時間的讀數為準。通常在測量高電阻或微電流時測量準確度因重復性不好，對測量讀數只要求2位或3位。另外在測量大電阻時如果屏蔽不好也會因外界的電磁信號對儀器測量結果造成讀數不穩。

在儀器有問題時也不要隨便打開機箱因機內高壓造成電擊，要將儀器找專業技術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都將會產生大脈沖電流，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您改變測量電壓時有可能擊穿而產生大電流損壞儀器。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，要先將量程開關撥到10⁴檔后關閉電源，再從儀器后面板調整到所要求的電壓。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，在測量高電阻時要與屏蔽箱的地相接以防干擾。測量低電阻時可以不用。

國家標準 GB1410 固體電工絕緣材料絕緣電阻、體積電阻系數和表面電阻試驗方

法》中推薦一種三電極測量方法：

它是由三個獨立的電極組成:

9.1.中心為圓柱體,直徑為50mm, 標準中沒有規定高度，但一般是40mm

9.2.圓柱體外為一圓環,圓環內徑為60mm,外徑為80mm, 標準中沒有規定高度，但一般是40mm

9.3.底為一平板, 直徑為100mm的圓板. 標準中沒有規定厚度，但一般為10mm

9.4. 詳細資料可參考國家標準 GB1410固體電工絕緣材料絕緣電阻、體積電阻系數和表面電阻試驗方法》

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測得的電阻）

高阻計高壓輸出(紅)接圓環電極

高阻計電流輸入端(芯線)接圓柱電極

高阻計地(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時測得的電阻）

高阻計高壓輸出(紅)接圓盤電極

高阻計電流輸入端(芯線)接圓柱電極

高阻計地(黑, 屏蔽線)接圓環電極

十、產品配套

產品成套對照表