ZST-121 固体绝缘材料体电阻率和表面电阻测试仪
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北京中航时代仪器设备有限公司（以下简称中航仪器，ZHYQ）以中国航空航天研究院，中国*为重要依托。联合清华大学，北京航空航天大学,北京工业大学精仪系专家作为公司技术团队。公司致力于各类试验仪器的研发、生产、制造及销售。公司总部坐落于美丽富饶的政治经济文化交流中心——北京市，物华天宝，人杰地灵。
公司自创建以来，一直保持着健康稳定的发展态势，并以超过30%的年均增长速度快速持续发展，完善的客户服务体系，确保了中航产品的设计新颖，质量稳定，供货及时和服务周到。公司拥有自主的设计资质，已获得十余项*。公司拥有一批专业从事设计、制造、安装、调试及售后服务的员工队伍。
展望未来，中航仪器正在以打造基业长青百年企业的发展目标为指导，全面提升内部管控，按照专业化、规模化、品牌化、资本化的发展策略，持续*。同时，中航仪器不断致力于与企业集团强强合作，以共创中国精密仪器行业的美好明天而不断努力。
详细信息
一、概述
ZST-121型固体绝缘材料体电阻率和表面电阻测试仪是按照国家标准GB/T 1410-2006/IEC 60093:1980：《固体绝缘材料体电阻率和表面电阻率试验方法》研制的多用途综合测量装置，它可以测试固体绝缘材料体电阻率和表面电阻率，也可单独作为超高电阻计或微弱电流表使用。
本测试仪特增设双窗口同步显示测试结果(电阻率或表面电阻)及测试条件(电压或电流)功能
固体绝缘材料体电阻率和表面电阻测试仪主要由主机、高压测试台等部分组成。主机主要由高压电源、数控可编程放大器、高分辨率ADC、键盘输入、显示驱动及嵌入式单片机系统组成。高压测试台主要由标准环形三电极和连接线等组成！对于小面积高阻薄膜类样品方阻测试可以选配ZST-121-F02型方阻探头。
仪器所有参数设定、功能转换全部采用数字化键盘输入；具有零位、满度自校功能；可自动/手动转换量程，测试结果由数字表头直接显示。仪器具有测量精度高、灵敏度高、稳定性好、智能化程度高、结构紧凑、测量简便、读数方便等特点。
本仪器适用于防静电产品如防静电鞋、防静电塑料橡胶制品、计算机房防静电活动地板等电阻值的检验以及绝缘材料和电子电器产品的绝缘电阻测量。微弱电流测量如光电效应和器件暗电流测量.
二、技术参数
1. 测量范围、分辨率
测试电压范围UX: 0.1V ～500V.
电阻测试范围RX: 1×102Ω ～5×1013Ω， 分辨率1/2000,
电流测试范围IX: 1.5× 10-3A ～ 10× 10-12A,分辨率1/2000。
体电阻率试范围ρV: FV×102Ω-cm ～FV×1012Ω-cm，FV体电阻率修正系数1～99,默认标准三电极FV=23.76cm/h
表面电阻率测试范围ρS: FS×103Ω/□～FS×1017Ω/□，FS表面电阻率修正系数1～99,默认标准三电极FS=34.55
2. 电阻量程划分（电阻率要乘以相应修正系数1～99）、测试条件及误差等级
序号 | 量程 | 有效测量范围 | 测试电压 | 测试电流 | 误差 |
1 | 103Ω-cm/□ | 0.100～1.000 | 1.00V | 1.000～0.100 mA | ±5% FSB |
2 | 103Ω-cm/□ | 01.00～10.00 | 10.0V | 1.000～0.100 mA | ±3% FSB
|
3 | 103Ω-cm/□ | 010.0～450.0 | 100V | 1.000～0.100 mA | |
4 | 106Ω-cm/□ | 0.450～4.500 | 500V | 1.000～0.100 mA | |
5 | 106Ω-cm/□ | 04.50～50.00 | 500V | 100.0～010.0μA | ±5% FSB |
6 | 106Ω-cm/□ | 050.0～500.0 | 500V | 10.00～1.00μA | |
7 | 109Ω-cm/□ | 0.500～5.000 | 500V | 1.000～0.100μA | |
8 | 109Ω-cm/□ | 05.00～50.00 | 500V | 100.0～010.0 nA |
±8%FSB
|
9 | 109Ω-cm/□ | 050.0～500.0 | 500V | 10.00～01.00 nA | |
10 | 1012Ω-cm/□ | 0.500～5.000 | 500V | 1.000～0.100 nA | |
11 | 1012Ω-cm/□ | 05.00～50.00 | 500V | 100.0～010.0 pA | ±10%FSB
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3. 可测半导体材料尺寸（以标准电极为）
直 径： 测试台直接测试方式 宽(W)×长(L)≥90mm×90mm，或直径 Φ≥90mm
厚 度： 测试台直接测试方式 厚度d≤2.5mm,
4. 电源：
功耗：主机< 15W
输入: 220V±10% 50Hz
5. 本仪器工作条件为：
温 度： 0～35℃
相对湿度： ≤60%
工作室内应无强电磁场干扰，不与高频设备共用电源。
6. 外形尺寸：
主 机： 320mm（长）×320 mm（宽）×135mm（高）
高压测试台： Φ=100mm（底座直径）×80 mm（高）
三、工作原理
1. 测试原理：体电阻率和表面电阻率测试原理简介如下：
注：详细原理请参照国家标准GB/T 1410-2006/IEC 60093:1980：《固体绝缘材料体电阻率和表面电阻率试验方法》
[1]体电阻率表面电阻率测量基本原理图：
如下 图1 固体绝缘材料电阻率测试原理图
[2]体电阻率表面电阻率测量常用电极示意图：
如下 图2 标准平板样品测试电极原理图
如下 图3 标准管状样品测试电极原理图
[3]体电阻率表面电阻率测量计算公式：
[4]体电阻率表面电阻率测量重复性：
[5]体电阻率表面电阻率测量测试报告注意点：
[6]体电阻率表面电阻率测量快捷方式--标准测试电极时的修正系数：
当测试样品形状和测试电极形式确定时，则样品体电阻率或表面电阻率与体电阻的换算系数就是常数。本仪器不但可以直接测试显示测试电压测试电流值，还可以设定相应换算系数值，就可以直接显示样品体电阻率或表面电阻率值。下表3.1是本机配备的测试三电极参数和测试样品体电阻率或表面电阻率对应修正系数：
注：参照图2，按以下修正系数，体电阻率终单位为Ω·cm表面电阻率为Ω/□
表3.1 环形三电极修正系数
序号 | 样片图示 | 基本尺寸参数 | 样品修正系数F | 备注 |
1 标准 环形 三电 极 |
| d1= 50.0mm d2= 60.0mm d3=80.0mm d4=90.00 g= 5.0mm
| a体电阻测量 F=1.00 b体电阻率测试： FV=A/h=(23.76/h) cm c表面电阻率测试： FS=P/g=34.55 | 1:标准平板样品 2:h 样品厚度cm （标准配置） |
2 薄膜 方阻 环形 三电 极
|
ZST-121-F02 | d1=3.0mm d2=7.0mm d3=9.0mm d4=忽略 g= 2.0mm
| A薄膜方块电阻率测试： FS=P/g=7.85 | （选配探头） 测试高阻薄膜方块电阻 |
ZST-121-F01
2. 电气原理
ZST-121型超高阻微电流测试仪原理方框图如图3.3所示。
图3.3 ZST-121原理方框图
四、结构特征
主机为仪器主要电气部分所在，在其面板结构特征和标准三电极组成如图4.1所示。
图4.1 ZST-121面板特征和标准三电极组成示意图
主机后盖板设有交流220V电源插座和保险丝座以及电源开关。
五、使用方法
ST2643型超高阻微电流测试仪能够测量普通电阻器或绝缘材料的体电阻RX（修正系数1.000），绝缘材料体电阻率ρV、表面电阻率ρS（后二项需调整不同的修正系数），也可用作为微电流测试仪。
5.1 操作概述
(1) 测试准备（以体电阻率或表面电阻率测试为例）：
主机电源开关置于断开位置，将电源插头插入具有漏电保护断路器的电源插座。打开主机电源，预热半小时后，投入使用为宜！测试电极和测试样品应在测试前应进行清洁处理。
如图4-1，将测试台的线缆插头与主机的输入插座连接起来，连接方式按照测试需要电阻率或方阻，参照原理章节3.1和图1。将电极与样品良好接触，注意三电极中圆柱电极、环型电极和平板电极要同轴放置，样品置于平板电极之上和圆柱电极、环型电极之下，平板电极的绝缘板朝下。
测试电压量程选择，一般选先选50V档，对于测试结果大于高阻106的再选其它档。如100V或更高电压，主要原则就是测试电流要有3位到4位显示值。
图 5-1A 设定参数 图5-1B测试电流 图5-1C测试电压
(2) 参数设定：
仪器开机默认状态为“设定” 模式，参照图5.1A ZST-121面板示意图，右窗口右侧“设定”模式灯亮，通过键盘输入需要的修正系数。系数有效范围为00.01～99.99，,当前设定系数由右侧窗口显示。输入完毕要按“确定”键保存。按键操作详见下5.2节键盘输入与窗口显示规则说明，仪器默认修正系数（F=1.000）, 对于仪器所配电极，测试体电阻率或表面电阻率参照表3.1查取系数FV或FS,对于其他非标准电极，参照原理章节3.3计算FV或FS
(3)测量：
设定完毕，按“模式”键，切换仪器到“测量”模式（电流或电压）。按“启动”按钮，启动高压并开始测试，窗口左侧显示体电阻率或表面电阻率（具体由设定系数意思确定），右侧窗口显示测试电流或测试电压，如图5-1B图5-1C，由“模式”按键选择，右侧状态指示灯指示。由数字显示窗直接读出测量结果。
！ 面板键盘详细操作规则请见“键盘输入与窗口显示规则说明”。
（4）样品的取出
首先按“停止”按钮切断高压电源！再从仪器面板上UH和UL端拔掉高压连接线，取出样品！
5.2.键盘输入与窗口显示规则说明（请参见图4.1 ZST-121面板示意图）
(1) 设定模式时键盘输入与显示规则
序 号 | 键名 | 功能描述 | 对应显示 | 备注 |
1
| “模式” | 仪器“设定”和“测量”模式(“电压”或“电流”)切换键。三者轮流选中 【开机默认“设定”】 | “设定”或“电压”或“电流”指示灯亮,指示仪器当前模式。
| 仪器只有在“设定”模式才接受各类参数设定，只有在“测量”模式才测量参数。 |
2 | “0”、“1”、“2”……“8”“9” | 设定参数时，对应有效数字0、1、2…9输入键。 | 窗口共显示四位有效数字，闪烁提示当前等待输入位，数字输入后,闪烁提示自动移至低一位, | 参数设定开始提示位为左第yi位（gao位）,以后第yi至第四位（di位）循环提示． |
3 | “.” | 设定参数时小数点输入键。 | 输入时当前已输入位小数点亮． | 数据返回显示时，定点在当中“**.**”位。注意数据输入有效范围。 |
4 | “取消” | 当前已输入位取消，当前等待输入位向高（左）退一位， | 闪烁提示向高（左）退一位, |
|
5
| “确认” | 当前参数设定完毕（有效数字、小数点），按该键保存设定值。 |
| 参数设定完毕不按该键，仪器不保存设定值。退出该设定后，该项数据丢失。 |
6 | 其他 | 不响应 |
|
|
(2) 测量模式时键盘输入与显示规则
序号 | 键名 | 功能描述 | 对应显示 | 备注 |
1
| “模式” | 仪器“设定”和“测量”模式中“电压”或“电流”切换键。三者轮流选中 【开机默认设定】 | “设定”或“电压”或“电流”指示灯亮,指示仪器当前模式。
| 仪器只有在“设定”模式才接受各类参数设定，只有在“测量”模式才测量参数。 |
2 | “A/H” | 当前测试电流档位“自动/手动”方式切换键 【开机默认自动】 | “自动”时， “手动” | 只有测量模式，此键才有效。 |
3 |
| 手动方式下，手动切换电流量程按键，分别为向左（大）向右（小）功能。 | 切换后，对应量程指示灯和小数点作相应改变！ | 只有测量模式，在手动方式，手动切换按键 |
4 | 其他 | 不响应 |
|
|
无效
时才有效
才有效5.3.两端子电阻器体电阻测试操作：
对于两端子电阻器体电阻RX测量，利用“UH”作高压输出，经电阻器，再由“Ii”端输入构成测试回路，“UL”端不用。
5.4.作为微电流表的测试操作：
对于单独作为微电流表的测量操作，利用“Ii”作电流输入端，经仪器，再由“UL”端输出构成测试回路，“UH”端不用。
5.5.作为小型薄膜方阻的测试操作：（选配ZST-121-F02小型薄膜方阻测试探头）
如左图5-2，对于外形尺寸较小10mmX10mm以下的高阻薄膜，测试方阻，ST2254-F01型标准电极因尺寸较大不好测试，可以选用小型ZST-121-F02型环形电极探头。
薄膜测试注意点，首先测试电压尽量选用50V，高阻需要才选500V。特别是不可高压未关闭就进行探头升降操作，这样会在电极和薄膜接触未稳状态时打火，灼伤或烧坏薄膜，引起测试不准甚至测试不出数据！如图所示。
图5-2 ZST-121-F02环形探头
六.高压高阻测试操作注意点：
高压高阻测量一定要严格按使用方法步聚进行，否则有可能造成仪器损坏或电人。
6.1 禁止将“Rx”两端短路，
以免微电流放大器受大电流冲击损坏
6.2 在测试过程中不要随意改动测量电压。
随意改动测量电压可能因电压的过高或电流过大损坏被测试器件或测试仪器，而且有的材料是非线性的，即大范围内电压与电流是不符合欧姆定律，有改变电压时由于电流不是线性变化，所以测量的电阻也会变化。测试电压量程选择，一般选先选50V档，对于测试结果大于高阻1010的再选500V档。再电压档位切换时，应该先关闭高压。
6.3 测量时从低次档逐渐拔往高次档
测量时尽量用手动方式，从低档位逐渐拔往高档，每拨一次稍停留至少1～2秒以使观察显示数字，当被测体电阻大于仪器测量量程时，电阻表显示“
”，表示超量程，当被测体电阻小于仪器测量量程时，电阻表显示“
”，表示欠量程，仪器超或欠量程时，量程指示灯和显示数据会闪烁。此时应继续将仪器拨到量程更高或更低的位置，当仪器测量量程合适时，便停止闪烁，稳定显示数据，当前的数字乘以档位指示数量级指数即是被测值。当有稳定显示数字时不要再往更高次档拨，否测仪器会过量程，机内保护电路开始工作，超或欠量程仪器测量准确度会下降。!
6.4 大部分绝缘材料，特别是防静电材料的电阻值在加电压后会有一定变化而引起数字变化
由于本仪器的分辩率很高，因而会引起显示值的末尾几位数也变化，这不是仪器本身的问题，而是被测量对象的导电机理复杂而使得阻值有些变化。在这种情况下往往取2位有效数就够了。
6.5 接通电源后，手指不能触及高压线的金属部分
本仪表有三连根线:高压线(红/黑)和微电流测试线。在使用时要注意高压线，开机后人不能触及高压线，以免电人或麻手。
6.6 测试过程中不能触摸微电流测试端
微电流测试端怕受到大电流或人体感应电压及静电的冲击。所以在开机后和测试过程中不能与微电流测试端接触，以免损坏仪表。
6.7 在测量高阻时，应采用屏蔽盒将被测物体屏蔽.
在测量大于1010 Ω以上时，为防止外界干扰面而引起读数不稳。
6.8 每次测量完时应将量程开关拨回“103”档再进行下次测试
在测量时应逐渐将量程开关拨到高阻档，测量完时应将量程拨回低档。以确保下次量程处在低阻量程档。
七、典型应用
7.1 测量防静电鞋、导电鞋的电阻值
按照国家标准GB4386-84《防静电胶底鞋（靴）、导电胶底鞋（靴）电阻值测量方法》防静电鞋的电阻值必须为0.5.×105 Ω～1.0×108 Ω范围内，导电鞋的电阻值必须不大于1.5X105 欧姆.不仅制造厂在出厂时必须按这一标准检验，合格后才能出厂，在工厂使用过程中也必须按这一标准进行定期检验，合格后才能穿用。
测量方法(见下图7.1)
图 7.1防静电胶底鞋（靴）、导电胶底鞋（靴）电阻值测量方法
制造厂测量新鞋的电阻值时，应将硫化后有新鞋放置24小时以上，然后在测量所要求的温度、湿度环境中放置2小时以后才能进行测量。使用单位在定期检测时应将鞋洗干净，其温湿度的要求及放置时间同上。测量环境要求为：温度：10℃ ～ 40℃相对湿度为40% ～ 70%。
由于ST2643型超高阻计是内部同时测量电压和电流，且直接显示出电阻值，所以不必另外使用电压表和电流表以及计算电阻值。
根据上述测试的结果，根据标准来确定被测鞋是否合格或能否穿用。
7.2. 测量防静电材料的电阻及电阻率
一般防静电材料的电阻值在105 Ω～1010 Ω左右的范围内，其测量电极可采用三电极或二电极，其具体测量方法可参照有关的标准或有关资料。
7.3. 测量计算机房用活动地板的系统电阻值
按照国家标准ＧＢ6650-86《计算机房用活动地板技术条件》。采用该标准的电极（也可用三电极中的主电极）测量
7.4. 测量绝缘材料电阻(率)
绝缘材料如塑料（聚乙稀，聚氯乙稀，尼龙等）橡胶等的电阻率很高，测量时应采取屏蔽措施，以免读数不稳甚至无法测量。测量时可采用三电极。具体方法可参照国家标准GB1410。
八、高阻测量常见问题
8.1 为什么在测量同一物体时用不同的电阻量程有不同的读数？
这是因为测量电阻时为防止过电压损坏仪器，如果出现过量程时仪器内保护电路开始工作，将测试电压降下来以保护机内放大器。在不同的电压下测量同一物体会有不同的结果。而且有的材料是非线性的，即电压与电流是不符合欧姆定律，有改变电压时由于电流不是线性变化，所以测量的电阻也会变化。在实际使用时，即读数位数多的比读数位数少的准确度高。
8.2．为什么测量一些物体的电流时用不同的量程也会出现测出结果相差较大？
这是因为一般物体输出的电流不是恒定流，而仪器有一定内阻，若在仪器上所选量程的内阻过大以至于在仪器上的电压降影响被测物体的输出电流时会造成测量误差。一般电流越小的量程内阻越高，所以在测量电流时应选用电流大的量程。在实际使用时即只要电流表有读数时，读数位数少的小的比读数位数多的准确度高。
8.3．为什么测量时仪器的读数总是不稳？
一般的材料其导电性不是严格像标准电阻样在一定的电压下有很稳定的电流，有很多材料特别是防静电材料其导电性不符合欧姆定律，所以在测量时其读数不稳。这不是仪器的问题，而是被测量物体的性能决定的。有的标准规定以测量1分钟时间的读数为准。通常在测量高电阻或微电流时测量准确度因重复性不好，对测量读数只要求2位或3位。另外在测量大电阻时如果屏蔽不好也会因外界的电磁信号对仪器测量结果造成读数不稳。
在仪器有问题时也不要随便打开机箱因机内高压造成电击，要将仪器找专业技术人员或寄回厂家修理。
8.5 为什么在测量电阻过程中不要改变对被测物的测试电压？
在测量电阻过程中如果改变对被测物的测试电压，无论电压变高或变低时都将会产生大脉冲电流，这个大的电流很有可能使仪器过量程甚至更损坏仪器。另一方面如果电压突然变化也会通过被测量物体的（分布）电容放电或反向放电对测量仪器造成冲击而损坏仪器。有的物体的耐压较低当您改变测量电压时有可能击穿而产生大电流损坏仪器。如果要改变测量电压，在确保被测量物体不会因电压过高击穿时，要先将量程开关拨到104档后关闭电源，再从仪器后面板调整到所要求的电压。有的材料是非线性的，即电压与电流是不符合欧姆定律，有改变电压时由于电流不是线性变化，所以测量的电阻也会变化。
九、三电极接线说明
通常测量电阻可用二电极，一个接高压电极，另一个接电流电极就行了，仪器的地线用于屏蔽用，在测量高电阻时要与屏蔽箱的地相接以防干扰。测量低电阻时可以不用。
国家标准 GB1410 固体电工绝缘材料绝缘电阻、体积电阻系数和表面电阻试验方
法》中推荐一种三电极测量方法：
它是由三个独立的电极组成:
9.1.中心为圆柱体,直径为50mm, 标准中没有规定高度，但一般是40mm
9.2.圆柱体外为一圆环,圆环内径为60mm,外径为80mm, 标准中没有规定高度，但一般是40mm
9.3.底为一平板, 直径为100mm的圆板. 标准中没有规定厚度，但一般为10mm
9.4. 详细资料可参考国家标准 GB1410固体电工绝缘材料绝缘电阻、体积电阻系数和表面电阻试验方法》
如果使用这种三电极测量材料表面电阻或体积电阻，可以按下图接线：
（1）测表面电阻:（电流流过被测量物体表面时测得的电阻）
高阻计高压输出(红)接圆环电极
高阻计电流输入端(芯线)接圆柱电极
高阻计地(黑,屏蔽线)接圆盘电极
（2）测体积电阻: （电流流过被测量物体体内时测得的电阻）
高阻计高压输出(红)接圆盘电极
高阻计电流输入端(芯线)接圆柱电极
高阻计地(黑, 屏蔽线)接圆环电极
十、产品配套
产品成套对照表
序号 | 型号 | 名称 | 数量 | 单位 | 备注 |
1 | ZST-121 | 超高阻微电流测试仪 | 1 | 台 | 主机 |
2 | F220V/0.5A | 保险丝 | 1 | 只 | 电源插座内 |
3 | - | 电源线 | 1 | 根 |
|
4 | - | 合格证 | 1 | 张 |
|
5 | - | 质保卡 | 1 | 张 |
|
6 | ZST-121 | 技术使用说明书 | 1 | 份 |
|
8 | ZST-121-F01 | 不锈钢三电极测试台 | 1 | 套 | 标配 |
9 | -- | 高压输出连接线 | 2 | 根 | 标配 |
10 | -- | 电流输入连接线 | 1 | 根 | 标配 |
