体积表面电阻率试验设备的测试原理、性能结构是是什么?

一、测试原理（IEC 60093 三同轴法）

1. 电路模型  

   试样与三电极系统构成“三端子"网络：  

   - 高压电极（HV）→ 施加直流电压 V  

   - 测量电极（ME）→ 采集电流 I  

   - 保护电极（Guard）→ 与 ME 等电位，把表面泄漏电流旁路到地  

   这样仪器测到的 I 仅为“试样体内或表面规定路径"上的真实电流，表面污秽、支架泄漏、电缆绝缘不良等共模误差被屏蔽层强制归零。

2. 量值推导  

   体积电阻率：ρv = kV · V / I · t （kV 为体积电极常数，cm；t 为试样厚度，cm）  

   表面电阻率：ρs = kS · V / I （kS 为表面电极常数，cm）  

   仪器内部固化了常用电极的 kV、kS，用户只需输入厚度即可一键得到 ρv/ρs，无需人工换算。

3. 电化与极化抑制  

   GB/T 1410 要求在施加电压后“电化 60 s"再读数，以消除介质吸收电流。PLC 可按 0–9999 s 设定电化时间，计时结束后自动采样，保证不同试样数据可比。

二、整机结构与关键模块

1. 一体化屏蔽箱  

   仪器主机与屏蔽箱采用共壳体设计，内胆为 1 mm 镀镍钢板，形成完整的法拉第笼；箱门采用铍铜弹片与壳体 360°咬合，高频泄漏衰减 > 90 dB@1 MHz，保证 10¹⁷Ω 量级测量时背景噪声 < 0.5 fA。

2. 三同轴输入子系统  

   高压模块：0 – 1 kV 可调，zui大输出 2 mA，10 ppm/℃ 低温漂基准，分 6 档（10 V、50 V、100 V、250 V、500 V、1 000 V），误差 ±2 %。  

   电流测量：采用“反馈式 I-V 转换 + 24-bit Δ-Σ ADC"多档并联结构，量程 1 × 10^-15 A → 2 × 10^-3A，自动切换，基本误差 ±1 %。  

   保护环驱动：Guard 与 ME 之间电位差 < 100 µV，确保表面泄漏电流旁路效率 > 99.999 %。

3. PLC 测控核心  

   三菱 FX3U 系列 PLC 完成：  

   电压/电流量程继电器阵列驱动  

   电化计时、自动采样、平均值算法  

   温度/湿度超限报警（0–40 ℃，≤ 70 %RH）  

   校准系数 EEPROM 存储，掉电不丢失  

   触控屏通过 RS-422 与 PLC 通讯，界面可中英文切换，实时显示 V、I、R、ρs、ρv、温度、湿度及趋势图。

4. 校准与溯源  

   内置 10 MΩ、1 GΩ、100 GΩ、10 TΩ 四只密封氮化钽薄膜标准电阻，可一键执行“零点-增益-线性"三点校准，校准数据可导出到 U 盘，实现国家二级计量站溯源。

三、性能指标与典型优势

1. 测量范围：1 × 10⁴Ω → 1 × 10¹⁷Ω，覆盖绝缘材料从“半导"到“超特高压电缆料"全区间。  

2. 基本误差：电阻 ±1 %，电压 ±2 %，与 IEC 60093 对 1 级表要求一致。  

3. 分辨力：电流 0.1 fA，可检测 1 × 10¹⁷ Ω 时 10 V 电压下的 0.1 fA 信号，等效背景噪声电阻 > 1 × 10¹⁹Ω。  

4. 重复性：对 1 × 10¹⁵ Ω PTFE 样板，10 次测量相对标准差 < 0.3 %。  

5. 升降压保护：测试结束自动“0 V→放电→接地"三状态序列，防止薄膜试样被静电击穿。  

6. 扩展接口：RS-485、USB-A（U 盘）、RJ45（可选），支持 MODBUS-RTU，可接入 LIMS 系统。