表面電阻測試儀的原理
利用直流四探針法測量半導體的電阻率
一,測試原理:
當四根金屬探針排成一條直線,并以一定壓力壓在半導體材料上時,在1,4兩根探針間通過電流I,則2,3探針間產(chǎn)生電位差V(如圖所示).
根據(jù)公式可計算出材料的電阻率:
其中,C為四探針的探針系數(shù)(cm),它的大小取決于四根探針的排列方法和針距.
二,儀器操作:
(一)測試前的準備:
1,將電源插頭插入儀器背面的電源插座,電源開關置于斷開位置;
2,工作方式開關置于"短路"位置,電流開關處于彈出位置;
3,將手動測試架的屏蔽線插頭與電氣箱的輸入插座連接好;
4,對測試樣品進行一定的處理(如噴沙,清潔等);
5,調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度及濕度使之達到測試要求.
(二)測試:
首先將電源開關置于開啟位置,測量選擇開關置于"短路",出現(xiàn)數(shù)字顯示,通電預熱半小時.
1,放好樣品,壓下探頭,將測量選擇開關置于"測量"位置,極性開關置于開關上方;
2,選擇適當?shù)碾妷毫砍毯碗娏髁砍?數(shù)字顯示基本為"0000",若末位有數(shù)字,可旋轉(zhuǎn)調(diào)零調(diào)節(jié)旋鈕使之顯示為"0000";
3,將工作方式開關置于"I調(diào)節(jié)",按下電流開關,旋動電流調(diào)節(jié)旋鈕,使數(shù)字顯示為"1000",該值為各電流量程的滿量程值;
4,再將極性開關壓下,使數(shù)顯也為1000±1,退出電流開關,將工作方式開關置于1或6.28處(探頭間距為1.59mm時置于1位置,間距為1mm時置于6.28位置);
(調(diào)節(jié)電流后,上述步驟在以后的測量中可不必重復;只要調(diào)節(jié)好后,按下電流開關,可由數(shù)顯直接讀出測量值.)
5,若數(shù)顯熄滅,僅剩"1",表示超出該量程電壓值,可將電壓量程開關撥到更高檔;
6,讀數(shù)后,將極性開關撥至另一方,可讀出負極性時的測量值,將兩次測量值取平均數(shù)即為樣品在該處的電阻率值.
三,注意事項:
1,壓下探頭時,壓力要適中,以免損壞探針;
2,由于樣品表面電阻可能分布不均,測量時應對一個樣品多測幾個點,然后取平均值;
3,樣品的實際電阻率還與其厚度有關,還需查附錄中的厚度修正系數(shù),進行修正.
問題：
1. 在測容性負載阻值時，絕緣電阻測試儀輸出短路電流大小與測量數(shù)據(jù)有什么關系，為什么?
絕緣電阻測試儀輸出短路電流的大小可反映出該兆歐表內(nèi)部輸出高壓源內(nèi)阻的大小。當被測試品存在電容量時，在測試過程的開始階段，絕緣電阻測試儀內(nèi)的高壓源要通過其內(nèi)阻向該電容充電，并逐步將電壓充到絕緣電阻測試儀的輸出額定高壓值。顯然，如果試品的電容量值很大，或高壓源內(nèi)阻很大，這一充電過程的耗時就會加長。其長度可由R內(nèi)和C負載的乘積決定（單位為秒）。請注意，給電容充電的電流與被測試品絕緣電阻上流過的電流，在測試中是一起流入絕緣電阻測試儀內(nèi)的。絕緣電阻測試儀測得的電流不僅有絕緣電阻上的分量，也加入了電容充電電流分量，這時測得的阻值將偏小。
如：額定電壓為5000V的絕緣電阻測試儀，若其短路輸出電流為80μA(日本共立產(chǎn))，其內(nèi)阻為5000V/80μA＝62MΩ
如：試品容量為0.15μF，則時間常數(shù)τ=62MΩ×0.15μF≈9 (秒)即在18秒時刻，電容上的充電電流仍有11.3μA。
由此可見，僅由充電電流而形成的等效電阻為5000V/11.3μA＝442MΩ,若正常絕緣為1000MΩ，則顯示的測得絕緣值僅為306MΩ。這種試值已不能反映絕緣值的真實狀況了，而且試值主要是隨容性負載容量的變化而改變，即容量小，測試阻值大；容量大，測試阻值小。
所以，為保障準確測得R15s，R60s的試值，應選用充電速度快的大容量絕緣電阻測試儀。我國的相關規(guī)程要求絕緣電阻測試儀輸出短路電流應大于0.5mA、1 mA、2 mA、5 mA，要求高的場合應盡量選擇輸出短路電流較大的絕緣電阻測試儀。

2. 為什么測絕緣時，不但要求測單純的阻值，而且還要求測吸收比，極化指數(shù)，有什么意義？
在絕緣測試中，某一個時刻的絕緣電阻值是不能全面反映試品絕緣性能的優(yōu)劣的，這是由于以下兩方面原因，一方面，同樣性能的絕緣材料，體積大時呈現(xiàn)的絕緣電阻小，體積小時呈現(xiàn)的絕緣電阻大。 另一方面，絕緣材料在加上高壓后均存在對電荷的吸收比過程和極化過程。 所以，電力系統(tǒng)要求在主變壓器、電纜、電機等許多場合的絕緣測試中應測量吸收比-即R60s和R15s的比值，和極化指數(shù)-即R10min和R1min 比值，并以此數(shù)據(jù)來判定絕緣狀況的優(yōu)劣。

3． 在高壓高阻的測試環(huán)境中，為什么要求儀表接"G"端連線？
在被測試品兩端加上較高的額定電壓，且絕緣阻值較高時，被測試品表面受潮濕，污染引起的泄漏較大，示值誤差就大，而儀表"G"端是將被測試品表面泄漏的電流旁路，使泄漏電流不經(jīng)過儀表的測試回路，消除泄漏電流引起的誤差。

4．在校測某些型號絕緣儀表"L"、"E"兩端額定輸出直流高壓時，用指針式萬用表DCV檔測L、E兩端電壓，為什么電壓會跌落很多，而數(shù)字式萬用表則不會？
用普通的指針式萬用表直接在絕緣電阻測試儀"L"、"E"兩端測量其輸出的額定直流電壓，測量結(jié)果與標稱的額定電壓值要小很多（超出誤差范圍），而用數(shù)字萬用表則不會。這是因為指針式萬用表內(nèi)阻較小，而數(shù)字萬用表內(nèi)阻相對較大。指針式萬用表內(nèi)阻較小，絕緣電阻測試儀L-E端輸出電壓降低很多，不是正常工作時的輸出電壓。但是，用萬用表直接去測絕緣電阻測試儀的輸出電壓是錯誤的，應當用內(nèi)阻阻抗較大的靜電高壓表或用分壓器等負載電阻足夠大的方式去測量。

5．能不能用兆歐表直接測帶電的被測試品，結(jié)果有什么影響，為什么？
為了人身安全和正常測試，原則上是不允許測量帶電的被測試品，若要測量帶電被測試品，不會對儀表造成損壞（短時間內(nèi)），但測試結(jié)果是不準確的，因為帶電后，被測試品便與其它試品連結(jié)在一起，所以得出的結(jié)果不能真實的反映實際數(shù)據(jù)，而是與其它試品一起的并聯(lián)或串聯(lián)阻值。

6．為什么電子式絕緣電阻測試儀幾節(jié)電池供電能產(chǎn)生較高的直流高壓?
這是根據(jù)直流變換原理，經(jīng)過升壓電路處理使較低的供電電壓提升到較高的輸出直流電壓，產(chǎn)生的高壓雖然較高但輸出功率較小。（如電警棍幾節(jié)電池能產(chǎn)生幾萬伏的高壓）

7．用絕緣電阻測試儀測量絕緣電阻時，有哪些因素會造成測量數(shù)據(jù)不準確，為什么？
A） 電池電壓不足。電池電壓欠壓過低，造成電路不能正常工作，所以測出的讀數(shù)是不準確的。
B） 測試線接法不正確。誤將"L"、"G"、"E"三端接線接錯，或?qū)?G"、"L"連線"G"、"E"連線接在被測試品兩端。
C） "G"端連線未接。被測試品由于受污染潮濕等因素造成電流泄漏引起的誤差，造成測試不準確，此時必須接好"G"端連線防止泄漏電流引起誤差。
D） 干擾過大。如果被測試品受環(huán)境電磁干擾過大，造成儀表讀數(shù)跳動�；蛑羔樆蝿�。造成讀數(shù)不準確。
E） 人為讀數(shù)錯誤。在用指針式絕緣電阻測試儀測量時，由于人為視角誤差或標度尺誤差造成示值不準確。
F） 儀表誤差。儀表本身誤差過大，需要重新校對。

8．高阻絕緣表現(xiàn)場測容性負載時（如主變），指針顯示阻值在某一區(qū)間突然跌落（不是正常測試時的最大值區(qū)間內(nèi)的緩慢小幅擺動），快速來回擺動，是什么原因？
造成該現(xiàn)象主要是試驗系統(tǒng)內(nèi)某部位出現(xiàn)放電打火。 絕緣表向容性被測試品充電中，當容性試品被充至一定電壓時，如果儀表內(nèi)部測試線或被測試品中任一部位有擊穿放電打火，就會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。 判別辦法： （1）儀表測試座不接入測試線，開啟電源和高壓，看儀表內(nèi)是否有打火現(xiàn)象發(fā)生（若有打火可聽到放電打火聲）。 （2）接上L、G、E測試線，不接被測試品，L測試線末端線夾懸空，開啟高壓，看測試導線是否有打火現(xiàn)象發(fā)生。若有打火現(xiàn)象，則檢查：a）L、G測試線芯線（L端）與裸露在外的線（G端）是否過近，產(chǎn)生拉弧打火。b）L端芯線插頭與測試座屏蔽環(huán)或測試夾子與被測試品接觸不良造成打火。c）測試線與插頭、夾子之間虛焊斷路，造成間隙放電。 (3)接入被測試品，檢查末端線夾與試品接觸點附近有無放電打火。 (4)排除以上原因，接好被測試品，開啟高壓，若儀表仍有上述現(xiàn)象則說明被測試品絕緣擊穿造成局部放電或拉弧。

9．為什么不同絕緣電阻測試儀測出示值存在差異？
由于高壓絕緣電阻測試儀測試電源非理想電壓源，內(nèi)阻Ri不同測量回路串接電阻Rm不同，動態(tài)測量準確度不同，以及現(xiàn)場測量操作的不合理或失誤等，不同型號絕緣電阻測試儀對同一被測試品的測量結(jié)果會存在差異。實際測量時，應結(jié)合絕緣電阻測試儀絕緣試驗條件的特殊性盡量降低可能出現(xiàn)的各種測量誤差： （1） 不同型號的絕緣表測量同一試品時， 應采用相同的電壓等級和接線方法。例如在測量電力變壓器高壓繞組絕緣中，當繞組引出端始終接絕緣電阻測試儀L端鈕時，就有： E端鈕接低壓繞組和外殼，而G端鈕懸空的直接法； E端鈕接低壓繞組，而G端鈕接外殼的外殼屏蔽法（低電位屏蔽）；G端鈕接在高壓繞組套管的表面，而E端鈕先接低壓繞組，然后分別再和外殼相連或不相連的兩種套管屏蔽法（高電位屏蔽）。 E端鈕接外殼，而G端鈕接低壓繞組等接線方法。 不同結(jié)構(gòu)、制式的絕緣電阻測試儀，G端鈕電位不同，G端鈕在套管表面的安放位置也應隨之改變。（KD2677為低電位屏蔽，即G端鈕為低電位）。 （2） 不同型號絕緣電阻測試儀的量程和示值的刻度方法不同，刻度分辨力不同，測量準確度等級不同，都會引起示值間的差異。為了保證對電力設備的準確測量，應避免選用準確度低，使用不方便的搖表。 （3） 試品大多含容性分量，并存在介質(zhì)極化現(xiàn)象，即使測試條件相同也難以獲得理想的數(shù)據(jù)重復性。 （4） 測量時，絕緣介質(zhì)的溫度和油溫應與環(huán)境溫度一致，一般允許相差±5%。 （5） 應在特定時間段的允許時間差范圍內(nèi)，盡快地讀取測量值。為使測量誤差不高于±5%，讀取R60S的時間允許誤差±3S，而讀取R15S的時間不應相差±1S。 （6） 高壓測試電源非理想電壓源，重負荷（被測試品絕緣電阻值�。�時，輸出電壓低于其額定值，這將導致單支路直讀測量法絕緣電阻測試儀測量準確度因轉(zhuǎn)換系數(shù)的改變而降低。這種改變因絕緣電阻測試儀測試電源負荷特性不同而異。 （7） 不同動態(tài)測試容量指標的絕緣電阻測試儀，試驗電壓在試品上（及采樣電阻上）的建立過程與對試品的充電能力均存在差異，測量結(jié)果也會不同，使用低于動態(tài)測試容量指標門限值的絕緣電阻測試儀測量時，由于儀表存在慣性網(wǎng)絡（包括指針式儀表的機械慣性）導致示值響應速度較慢，來不及正確反映試品實在絕緣電阻值隨時間的變化規(guī)律，尤其是在測試的起始階段，電容充電電流未完全衰減為零，更會使R15S和吸收比讀測值產(chǎn)生較大誤差（偏小）。 （8） 試品絕緣介質(zhì)極化狀況與外加試驗電壓大小有關。由于試驗電壓不能迅速達到額定值，或因絕緣電阻測試儀測試電源負荷特性不同導致施加于試品上試驗電壓的差異，使試品初始極化狀況不同，導致吸收電流不同，使緣電阻測量的示值不同。 （9） 國外某些絕緣電阻測試儀的試驗高電壓連續(xù)可調(diào)，開機后先由零調(diào)節(jié)至額定值。絕緣電阻測試儀讀數(shù)起始時間的不確定性，以及高壓達到額定值時間的不確定性，使試品初始極化不同，也將引起示值間的差別。 （10） 不同絕緣電阻測試儀現(xiàn)場干擾的敏感度和抵御能力不同，對同一試品的讀測值會存在差異。 （11） 數(shù)據(jù)隨機起伏的常規(guī)測量誤差和絕緣電阻測試儀方法誤差不同等引起示值間的差異。 （12） 介質(zhì)放電不充分是重復測量結(jié)果存在差異的重要原因之一。據(jù)試品充電吸收電流與其反向放電電流對應和可逆的特點，若需對同一試品進行第二次重復測量，第一次測量結(jié)束后的試品短路放電間歇時間一般應長于測量時間，以放盡所積聚的吸收電荷量，使試品絕緣介質(zhì)充分恢復到原先無極化狀態(tài)，否則將影響第二次測量數(shù)據(jù)的準確度。為使被試品上無剩余電荷，每一次試驗前也應該將測量端對地短路放電，有時甚至需時近1小時，并應拆除與無關設備間的聯(lián)線�？傊�，同一試品不同時期的絕緣測量，應采用相同的試驗電壓等級和接線方法，并盡可能使用同一型號或性能相近的絕緣電阻表，以保證測量數(shù)據(jù)的可比性。 （13） 最后還應特別強調(diào)選用動態(tài)測量準確度較低和高壓測試電源容量較低的儀表，由于電容充電電流尚未完全衰減為零，以及儀表示值不能準確地實時跟隨試品視在絕緣電阻值的變化，讀測R15S阻值偏低，出現(xiàn)較大誤差，導致試品吸收比測試值虛假偏高，應引起測試人員特別重視。這也可能是各種型號高壓絕緣電阻測試儀測量同一試品時吸收比讀測值存在差異的主要原因。由此也說明吸收比判比指標不及極化指數(shù)科學和客觀。