[WORDPRES_PDF]
خلاصه روشهای آزمون
4.1 مقاومت یا رسانایی یک ماده آزمون یا یک خازن، از طریق اندازهگیری جریان یا افت ولتاژ تحت شرایط مشخص تعیین میشود. با استفاده از سیستمهای الکترودی مناسب، مقاومت یا رسانایی سطحی و حجمی را میتوان بهصورت جداگانه اندازهگیری کرد. سپس، در صورت مشخص بودن ابعاد موردنیاز نمونه آزمون و الکترود، مقاومت ویژه یا رسانایی قابل محاسبه است.
سیستمهای الکترودی
6.1 الکترودهای مورد استفاده برای مواد عایق باید از مادهای ساخته شده باشند که بهراحتی اعمال شود، تماس کامل و نزدیکی با سطح نمونه آزمون ایجاد کند و به دلیل مقاومت الکترود یا آلودگی نمونه آزمون، خطای قابلتوجهی ایجاد نکند (5). ماده الکترود باید در شرایط آزمون در برابر خوردگی مقاوم باشد. در آزمون نمونههای ساختهشده، مانند بوشینگهای عبوری، کابلها و موارد مشابه، الکترودهای مورد استفاده بخشی از نمونه آزمون یا نصب آن هستند. بنابراین، اندازهگیریهای مقاومت عایقی یا رسانایی، اثرات آلاینده مواد الکترود یا نصب را نیز دربر میگیرد و معمولاً با عملکرد نمونه آزمون در شرایط استفاده واقعی مرتبط است.
6.1.1 الکترودهای پایهاتصال و پین مخروطی، مطابق شکل 1 و شکل 2، روشی برای اعمال ولتاژ به مواد عایق سخت فراهم میکنند تا خواص مقاومتی یا رسانایی آنها ارزیابی شود. این الکترودها تا حدی شرایط واقعی استفاده، مانند پایههای اتصال روی پنلهای ابزار و نوارهای ترمینال، را شبیهسازی میکنند. در مورد مواد عایق لمینیتی دارای سطوح با رزین زیاد، به دلیل تماس نزدیکتر با بدنه ماده عایق، استفاده از پین مخروطی در مقایسه با پایههای اتصال ممکن است مقادیر مقاومت عایقی کمی کمتری ایجاد کند. مقادیر مقاومت یا رسانایی بهشدت تحت تأثیر تماس منفرد میان هر پین و ماده دیالکتریک، زبری سطح پینها و صافی سوراخ موجود در ماده دیالکتریک قرار دارند. دستیابی به نتایج تکرارپذیر برای نمونههای آزمون مختلف دشوار است.
6.1.2 میلههای فلزی در آرایش شکل 3، اساساً برای ارزیابی مقاومت عایقی یا رسانایی نوارهای انعطافپذیر و نمونههای آزمون جامد نازک طراحی شدهاند و روشی نسبتاً ساده و مناسب برای کنترل کیفیت الکتریکی فراهم میکنند. این آرایش برای بهدستآوردن مقادیر تقریبی مقاومت یا رسانایی سطحی، هنگامی که عرض ماده عایق بسیار بیشتر از ضخامت آن باشد، رضایتبخشتر است.
6.1.3 رنگ نقرهای، مطابق شکلهای 4، 5 و 6، بهصورت تجاری با رسانایی بالا و در انواع خشکشونده در هوا یا پختشونده در دمای پایین عرضه میشود. این رنگها بهاندازه کافی متخلخل هستند تا امکان نفوذ رطوبت از میان آنها فراهم شود و نمونه آزمون پس از اعمال الکترودها قابل آمادهسازی در شرایط محیطی باشد. این ویژگی در بررسی اثرات مقاومت-رطوبت و همچنین تغییرات ناشی از دما بسیار مفید است. بااینحال، پیش از استفاده از رنگ رسانا بهعنوان ماده الکترود، باید اطمینان حاصل شود که حلال موجود در رنگ به ماده آسیب نمیزند و خواص الکتریکی آن را تغییر نمیدهد. لبههای نسبتاً صاف الکترودهای گارد را میتوان با یک قلممو با موهای ظریف ایجاد کرد. برای الکترودهای دایرهای، لبههای تیزتر را میتوان با استفاده از پرگار ترسیم و رنگ نقرهای ایجاد کرد؛ به این صورت که ابتدا محیط دایرههای الکترود ترسیم و سپس نواحی محصور با قلممو پر شوند. میتوان از نوار باریک پوشاننده استفاده کرد، مشروط بر اینکه چسب حساس به فشار آن، سطح نمونه آزمون را آلوده نکند. در صورت پاشش رنگ الکترود، استفاده از ماسکهای گیرهای نیز امکانپذیر است.
6.1.4 فلز پاششی، مطابق شکلهای 4، 5 و 6، در صورتی قابل استفاده است که چسبندگی رضایتبخشی به نمونه آزمون داشته باشد. الکترودهای پاششی نازک ممکن است مزایایی داشته باشند، زیرا بلافاصله پس از اعمال آماده استفاده هستند. این الکترودها ممکن است بهاندازه کافی متخلخل باشند تا امکان آمادهسازی نمونه آزمون فراهم شود، اما این موضوع باید بررسی و تأیید شود. برای ایجاد فاصله میان الکترود اندازهگیری و الکترود گارد، باید از نوارهای باریک پوشاننده یا ماسکهای گیرهای استفاده شود. باید از نواری استفاده کرد که مشخص شده باشد سطح فاصله را آلوده نمیکند.
6.1.5 فلز تبخیرشده را میتوان تحت همان شرایط ذکرشده در 6.1.4 به کار برد.
6.1.6 فویل فلزی، مطابق شکل 4، میتواند بهعنوان الکترود روی سطوح نمونه آزمون اعمال شود. ضخامت معمول فویل فلزی مورد استفاده در مطالعات مقاومت یا رسانایی دیالکتریکها از 6 تا 80 μm متغیر است. فویل سرب یا قلع بیشترین کاربرد را دارد و معمولاً با حداقل مقدار وازلین، گریس سیلیکونی، روغن یا ماده مناسب دیگری بهعنوان چسب، به نمونه آزمون متصل میشود. این الکترودها باید با فشار صافکننده کافی اعمال شوند تا تمام چینخوردگیها از بین برود و چسب اضافی به سمت لبه فویل هدایت شود؛ سپس میتوان آن را با دستمال تمیزکننده پاک کرد. یک روش بسیار مؤثر، استفاده از غلتک سخت و باریک با عرض 10 تا 15 mm است که روی سطح به سمت بیرون غلتانده میشود تا دیگر اثر قابل مشاهدهای از غلتک روی فویل باقی نماند. این روش فقط برای نمونههای آزمونی با سطوح کاملاً صاف بهطور رضایتبخش قابل استفاده است. با دقت کافی، ضخامت لایه چسب را میتوان به 2.5 μm کاهش داد. از آنجا که این لایه بهصورت سری با نمونه آزمون قرار میگیرد، همواره باعث میشود مقاومت اندازهگیریشده بیش از مقدار واقعی باشد. این خطا ممکن است برای نمونههای آزمون با مقاومت ویژه کمتر و ضخامت کمتر از 250 μm بیش از حد زیاد شود. همچنین غلتک سخت میتواند ذرات تیز را به داخل یا از میان لایههای نازک (50 μm) وارد کند. الکترودهای فویلی متخلخل نیستند و پس از اعمال الکترودها اجازه نمیدهند نمونه آزمون شرایط محیطی لازم را به دست آورد. چسب ممکن است در دماهای بالا کارایی خود را از دست بدهد و استفاده از صفحات فلزی تخت پشتیبان تحت فشار را ضروری کند. با کمک ابزار برش مناسب میتوان نواری با عرض صحیح از یکی از الکترودها برید تا یک الکترود اندازهگیری و یک الکترود گارد تشکیل شود. چنین نمونه آزمون سهترمینالهای معمولاً به دلیل باقیماندن گریس روی سطح فاصله، برای اندازهگیری مقاومت یا رسانایی سطحی قابل استفاده نیست. تمیزکردن کامل سطح فاصله بدون آسیبزدن به لبههای مجاور الکترود ممکن است بسیار دشوار باشد.
6.1.7 گرافیت کلوئیدی، مطابق شکل 4، که در آب یا حامل مناسب دیگری پراکنده شده است، میتواند روی مواد عایق ورقهای و غیرمتخلخل اعمال شود تا یک الکترود خشکشونده در هوا تشکیل دهد. میتوان از نوارهای پوشاننده یا ماسکهای گیرهای استفاده کرد (6.1.4). استفاده از این ماده الکترود فقط در صورت برقرار بودن تمام شرایط زیر توصیه میشود:
6.1.7.1 ماده مورد آزمون باید پوشش گرافیتی را بپذیرد؛ بهگونهای که پوشش پیش از آزمون پوستهپوسته نشود،
6.1.7.2 ماده مورد آزمون نباید بهراحتی آب را جذب کند، و
6.1.7.3 آمادهسازی شرایطی باید در اتمسفر خشک انجام شود (روش اجرا B، Practice D6054) و اندازهگیریها نیز در همین اتمسفر صورت گیرند.
6.1.8 الکترودهای فلز مایع نتایج رضایتبخشی ایجاد میکنند و ممکن است بهترین روش برای دستیابی به تماس لازم با نمونه آزمون جهت اندازهگیری مؤثر مقاومت باشند. فلز مایع تشکیلدهنده الکترودهای بالایی باید بهوسیله حلقههای فولاد زنگنزن محدود شود. لبه پایینی هر حلقه باید در سمتی که از فلز مایع دور است، با پخزنی به لبهای تیز تبدیل شود. شکلهای 7 و 8 دو آرایش احتمالی الکترود را نشان میدهند.
6.1.9 صفحات فلزی تخت، مطابق شکل 4، (ترجیحاً از نوع گارددار) را میتوان برای آزمون مواد انعطافپذیر و تراکمپذیر، هم در دمای اتاق و هم در دماهای بالا، به کار برد. این صفحات میتوانند دایرهای یا برای نوارها مستطیلی باشند. برای اطمینان از تماس کامل با نمونه آزمون، معمولاً فشار قابلتوجهی لازم است.
فشارهای 140 تا 700 kPa رضایتبخش تشخیص داده شدهاند (به مشخصات ماده مراجعه کنید).
6.1.9.1 گونهای از سیستم الکترود صفحه فلزی تخت در برخی طراحیهای سلول مورد استفاده برای اندازهگیری گریسها یا ترکیبات پرکننده دیده میشود. این سلولها از پیش مونتاژ شدهاند و ماده مورد آزمون یا در فضای میان الکترودهای ثابت به سلول افزوده میشود یا الکترودها تا فاصله از پیش تعیینشده درون ماده فرو برده میشوند. از آنجا که در این سلولها اندازهگیری سطح مؤثر الکترود و فاصله میان آنها دشوار است، ثابت هر سلول، K، (معادل ضریب A/t از جدول 1) را میتوان از معادله زیر به دست آورد:
6.1.10 لاستیک رسانا بهعنوان ماده الکترود، همانگونه که در شکل 4 نشان داده شده است، به کار رفته و این مزیت را دارد که میتوان آن را بهسرعت و بهسادگی روی نمونه آزمون اعمال و از آن جدا کرد. از آنجا که الکترودها فقط در مدت اندازهگیری اعمال میشوند، در آمادهسازی شرایط نمونه آزمون اختلالی ایجاد نمیکنند. ماده لاستیک رسانا باید بهوسیله صفحات مناسب پشتیبانی شود و بهاندازه کافی نرم باشد تا با اعمال فشار متعارف، تماس مؤثر با نمونه آزمون برقرار شود.
یادداشت 1—شواهد نشان میدهد مقادیر رسانایی بهدستآمده با استفاده از الکترودهای لاستیک رسانا، همواره کمتر از مقادیر حاصل با الکترودهای فویل قلع (20 تا 70 %) هستند (6). هنگامی که فقط دقت در حد مرتبه بزرگی موردنیاز است و میتوان خطاهای تماس را نادیده گرفت، مجموعهای از الکترودهای لاستیک رسانای مناسب میتواند روشی سریع برای تعیین رسانایی و مقاومت ویژه فراهم کند.
6.1.11 آب بهطور گسترده بهعنوان یکی از الکترودها در آزمون عایق سیمها و کابلها استفاده میشود. هر دو انتهای نمونه آزمون باید خارج از آب قرار داشته باشند و طول آنها باید بهاندازهای باشد که نشتی در امتداد عایق قابل اغماض باشد. برای اطلاع از ضرورت استفاده از گارد در هر انتهای نمونه آزمون، به روشهای آزمون اختصاصی سیم و کابل مراجعه کنید. برای استانداردسازی، افزودن کلرید سدیم به آب مطلوب است تا غلظت کلرید سدیم به 1.0 تا 1.1 % NaCl برسد و رسانایی کافی تضمین شود. گزارش شده است که اندازهگیریها در دماهای تا حدود 100 °C امکانپذیر هستند.
انتخاب دستگاه و روش آزمون
7.1 منبع تغذیه—منبعی با ولتاژ مستقیم بسیار پایدار موردنیاز است (X1.7.3 را ببینید). باتریها یا سایر منابع ولتاژ مستقیم پایدار، مناسب بودن خود را برای استفاده در این آزمون ثابت کردهاند.
7.2 مدار گارد—چه مقاومت ماده عایق با دو الکترود (بدون گارد) اندازهگیری شود و چه با یک سیستم سهترمیناله (دو الکترود بهعلاوه گارد)، باید نحوه ایجاد اتصالات الکتریکی میان دستگاه آزمون و نمونه آزمون در نظر گرفته شود. اگر نمونه آزمون در فاصلهای از دستگاه آزمون قرار داشته باشد، یا آزمون نمونه آزمون در شرایط مرطوب انجام شود، یا انتظار رود مقاومت نمونه آزمون نسبتاً زیاد (10^10 تا 10^15 ohms) باشد، مسیرهای مقاومتی کاذب میتوانند بهراحتی میان دستگاه آزمون و نمونه آزمون ایجاد شوند. برای به حداقل رساندن تداخل ناشی از این مسیرهای کاذب، وجود مدار گارد ضروری است (همچنین X1.9 را ببینید).
7.2.1 با الکترود گارد—برای ایجاد اتصالات گارددار مناسب میان تجهیزات آزمون و نمونه آزمون، از کابل کواکسیال استفاده کنید؛ بهطوریکه سیم هسته به الکترود اندازهگیری و شیلد به الکترود گارد متصل شود. استفاده از کابل کواکسیال (که در این حالت نیز شیلد آن به گارد متصل است) برای سیم بدون گارد در اینجا (یا در 7.2.2) الزامی نیست، هرچند استفاده از آن مقداری از نویز زمینه را کاهش میدهد (همچنین شکل 9 را ببینید).
7.2.2 بدون الکترود گارد—از کابل کواکسیال استفاده کنید؛ بهطوریکه سیم هسته به یک الکترود متصل شود و شیلد در فاصله حدود 1 cm از انتهای سیم هسته پایان یابد (همچنین شکل 10 را ببینید).
7.3 اندازهگیریهای مستقیم—جریان عبوری از یک نمونه آزمون در ولتاژ ثابت، با استفاده از هر دستگاهی که حساسیت و دقت موردنیاز را داشته باشد اندازهگیری میشود (±10 % معمولاً کافی است). دستگاههای موجود برای اندازهگیری جریان شامل الکترومترها، تقویتکنندههای d-c مجهز به نشانگر و گالوانومترها هستند. روشها و مدارهای معمول در پیوست X3 ارائه شدهاند. هنگامی که مقیاس دستگاه اندازهگیری مستقیماً بر حسب اهم کالیبره شده باشد، برای اندازهگیری مقاومت به محاسبه نیازی نیست.
7.4 روشهای مقایسهای—میتوان از مدار پل وتستون برای مقایسه مقاومت نمونه آزمون با یک مقاومت استاندارد استفاده کرد (به پیوست X3 مراجعه کنید).
7.5 ملاحظات دقت و اریبی:
7.5.1 کلیات—بهعنوان راهنمای انتخاب دستگاه، ملاحظات مرتبط در جدول 2 خلاصه شدهاند؛ اما منظور این نیست که مثالهای ذکرشده تنها گزینههای قابل استفاده هستند. این جدول برای نشاندادن حدود حساسیت و خطای ذاتی روشهای مختلف در نظر گرفته نشده است، بلکه حدودی را نشان میدهد که با دستگاههای مدرن بهطور مشخص امکان دستیابی به آنها وجود دارد. در هر حال، دستیابی به این حدود یا فراتر رفتن از آنها فقط از طریق انتخاب و ترکیب دقیق دستگاههای مورد استفاده امکانپذیر است. بااینحال باید تأکید کرد که خطاهای بررسیشده فقط خطاهای مربوط به تجهیزات اندازهگیری هستند. خطاهایی مانند موارد مطرحشده در پیوست X1 موضوعی کاملاً متفاوتاند. در همین ارتباط، ستون آخر جدول 2 مقاومتی را فهرست میکند که توسط مقاومت عایقی میان الکترود اندازهگیری و سیستم گارد، در روشهای مختلف شنت میشود. بهطور کلی، هرچه این مقاومت کمتر باشد، احتمال خطا ناشی از شنت ناخواسته نیز کمتر است.
یادداشت 2—صرفنظر از روش اندازهگیری مورد استفاده، بالاترین دقت فقط با ارزیابی دقیق تمام منابع خطا به دست میآید. میتوان هر یک از این روشها را از قطعات جداگانه مونتاژ کرد یا یک دستگاه کاملاً یکپارچه تهیه نمود. بهطور کلی، روشهایی که از گالوانومترهای با حساسیت بالا استفاده میکنند، در مقایسه با روشهای مبتنی بر نشانگرها یا ثبتکنندهها به نصب دائمیتری نیاز دارند. روشهای دارای دستگاههای نشاندهنده، مانند ولتمترها، گالوانومترها، تقویتکنندههای d-c و الکترومترها، به حداقل تنظیم دستی نیاز دارند و خواندن آنها آسان است؛ اما اپراتور باید مقدار را در زمان مشخصی قرائت کند. پل وتستون (شکل X1.4) و روش پتانسیومتر (شکل X1.2 (b)) به توجه کامل اپراتور برای حفظ تعادل نیاز دارند، اما امکان میدهند تنظیم انجامشده در زمان مشخص، بعداً با آسودگی قرائت شود.
7.5.2 اندازهگیریهای مستقیم:
7.5.2.1 گالوانومتر-ولتمتر—حداکثر خطای درصدی اندازهگیری مقاومت با روش گالوانومتر-ولتمتر، برابر مجموع خطاهای درصدی نشاندهی گالوانومتر، قابلیت قرائت گالوانومتر و نشاندهی ولتمتر است. برای نمونه، گالوانومتری با حساسیت 500 pA/scale division، در صورت اعمال 500 V به مقاومتی برابر با 40 GV (رسانایی 25 pS)، بهاندازه 25 تقسیم مقیاس منحرف میشود. اگر انحراف با دقت نزدیکترین 0.5 تقسیم قابل قرائت باشد و خطای کالیبراسیون (شامل خطای شنت آیرتون) برابر ±2 % مقدار مشاهدهشده باشد، خطای حاصل از گالوانومتر از ±4 % بیشتر نخواهد شد. اگر خطای ولتمتر ±2 % کل مقیاس باشد، این مقاومت هنگام نمایش تمام مقیاس توسط ولتمتر، با حداکثر خطای ±6 % و هنگام نمایش یکسوم مقیاس، با حداکثر خطای ±10 % اندازهگیری میشود. بنابراین، مطلوببودن قرائتهای نزدیک به تمام مقیاس کاملاً آشکار است.
7.5.2.2 ولتمتر-آمپرمتر—حداکثر خطای درصدی مقدار محاسبهشده برابر مجموع خطاهای درصدی ولتاژهای Vx و Vs و مقاومت Rs است. خطاهای Vs و Rs عموماً بیشتر به ویژگیهای دستگاه مورد استفاده وابستهاند تا روش خاص. مهمترین عوامل تعیینکننده خطاهای Vs عبارتاند از خطاهای نشانگر، رانش صفر تقویتکننده و پایداری بهره تقویتکننده. در تقویتکنندهها یا الکترومترهای مدرن و با طراحی مناسب، پایداری بهره معمولاً مسئلهساز نیست. با فناوریهای موجود، رانش صفر تقویتکنندههای ولتاژ مستقیم یا الکترومترها را نمیتوان حذف کرد، اما میتوان آن را بهاندازهای کند کرد که در این اندازهگیریها نسبتاً ناچیز باشد. رانش صفر در تقویتکنندههای نوع مبدل که با دقت طراحی شدهاند، عملاً وجود ندارد. در نتیجه، روش صفر شکل X1.2 (b) از نظر تئوری کمتر از روشهای دارای ابزار نشاندهنده در معرض خطا است؛ البته به شرط آنکه ولتاژ پتانسیومتر بهطور دقیق معلوم باشد. خطای Rs تا حدی به حساسیت تقویتکننده وابسته است. برای اندازهگیری جریان معین، هرچه حساسیت تقویتکننده بیشتر باشد، احتمال استفاده از مقاومتهای استاندارد سیمپیچی با مقدار کمتر و دقت بالاتر افزایش مییابد. چنین تقویتکنندههایی قابل تهیه هستند. مقاومتهای استاندارد 100 GV با دقت ±2 % موجودند. اگر ورودی 10-mV به تقویتکننده یا الکترومتر، با خطایی حداکثر برابر 2 % کل مقیاس، انحراف تمام مقیاس ایجاد کند، در صورت اعمال 500 V، مقاومتی برابر 5000 TV هنگام قرائت تمام مقیاس ولتمتر با حداکثر خطای 6 % و هنگام قرائت 1⁄3 مقیاس با حداکثر خطای 10 % قابل اندازهگیری خواهد بود.
7.5.2.3 گالوانومتر مقایسهای—حداکثر خطای درصدی مقاومت یا رسانایی محاسبهشده از مجموع خطاهای درصدی Rs، انحرافهای گالوانومتر یا قرائتهای تقویتکننده و فرض مستقلبودن حساسیتهای جریان از انحرافها به دست میآید. این فرض در محدوده مفید یک گالوانومتر خوب و مدرن (بیش از 1⁄10 انحراف تمام مقیاس) با دقت بسیار بهتر از ±2 % صحیح است؛ این مقدار برای تقویتکننده جریان dc احتمالاً 1⁄3 انحراف مقیاس است. خطای Rs به نوع مقاومت مورد استفاده بستگی دارد، اما مقاومتهای 1 MV با حد خطایی تا 0.1 % در دسترس هستند. با گالوانومتر یا تقویتکننده جریان d-c دارای حساسیت 10 nA برای انحراف تمام مقیاس، اعمال 500 V به مقاومت 5 TV موجب انحرافی برابر 1 % میشود. در این ولتاژ، با مقاومت استاندارد ذکرشده و Fs = 10^5، مقدار ds تقریباً نصف انحراف تمام مقیاس خواهد بود و خطای قابلیت قرائت بیش از ±1 % نیست. اگر dx تقریباً برابر 1⁄4 انحراف تمام مقیاس باشد، خطای قابلیت قرائت از ±4 % بیشتر نمیشود و مقاومتی در حدود 200 GV با حداکثر خطای 5 1⁄2 % قابل اندازهگیری است.
7.5.2.4 نرخ تغییر ولتاژ—دقت اندازهگیری مستقیماً با دقت اندازهگیری ولتاژ اعمالشده و نرخ تغییر زمانی قرائت الکترومتر متناسب است. مدت زمانی که کلید الکترومتر باز است و مقیاس مورد استفاده باید بهگونهای انتخاب شوند که زمان با دقت اندازهگیری شود و قرائت تمام مقیاس به دست آید. تحت این شرایط، دقت با دقت سایر روشهای اندازهگیری جریان قابل مقایسه خواهد بود.
7.5.2.5 پل مقایسهای—هنگامی که آشکارساز حساسیت کافی داشته باشد، حداکثر خطای درصدی مقاومت محاسبهشده برابر مجموع خطاهای درصدی بازوهای A، B و N است. با حساسیت آشکارساز برابر 1 mV/scale division، اعمال 500 V به پل و RN = 1 GV، مقاومتی برابر 1000 TV انحرافی معادل یک تقسیم مقیاس در آشکارساز ایجاد میکند. با فرض ناچیزبودن خطاهای RA و RB، در صورتی که RN = 1 GV با دقت ±2 % معلوم باشد و پل تا یک تقسیم مقیاس آشکارساز متعادل شده باشد، مقاومت 100 TV با حداکثر خطای ±6 % قابل اندازهگیری است.
7.6 چندین تولیدکننده میتوانند قطعات موردنیاز یا سیستمهای اختصاصی لازم برای برآوردهکردن الزامات این روش را تأمین کنند. برای مشاهده فهرست شرکتهایی که اطلاعات مربوط به محصولات دستگاههای خود ارائه کردهاند، به پایگاه داده تجهیزات مراجعه کنید.
نمونهبرداری
8.1 برای دستورالعملهای نمونهبرداری به مشخصات مواد قابلاعمال مراجعه کنید.
نمونههای آزمون
9.1 تعیین مقاومت عایقی یا رسانایی:
9.1.1 اندازهگیری زمانی بیشترین ارزش را دارد که نمونه آزمون دارای شکل، الکترودها و روش نصب موردنیاز در کاربرد واقعی باشد. بوشینگها، کابلها و خازنها نمونههای معمولی هستند که در آنها الکترودهای آزمون بخشی از نمونه آزمون و روش نصب عادی آن محسوب میشوند.
9.1.2 برای مواد جامد، نمونه آزمون میتواند هر شکل عملی داشته باشد. رایجترین شکلهای نمونه آزمون عبارتاند از صفحات تخت، نوارها، میلهها و لولهها. آرایش الکترودی شکل 2 را میتوان برای صفحات تخت، میلهها یا لولههای سختی که قطر داخلی آنها حدود 20 mm یا بیشتر است به کار برد. آرایش الکترودی شکل 3 برای نوارهای ماده ورقهای یا نوار انعطافپذیر قابل استفاده است. برای نمونههای آزمون نواری سخت، ممکن است به تکیهگاه فلزی نیاز نباشد. آرایشهای الکترودی شکل 6 را میتوان برای صفحات تخت، میلهها یا لولهها به کار برد. مقایسه مواد هنگام استفاده از آرایشهای الکترودی متفاوت، اغلب نتیجه قطعی ندارد و باید از آن اجتناب شود.
9.2 تعیین مقاومت یا رسانایی حجمی:
9.2.1 نمونه آزمون میتواند هر شکل عملی داشته باشد که در صورت نیاز امکان استفاده از الکترود سوم را برای جلوگیری از خطای ناشی از اثرات سطحی فراهم کند. نمونههای آزمون میتوانند به شکل صفحات تخت، نوارها یا لولهها باشند. شکلهای 4، 7 و 8 نحوه کاربرد و آرایش الکترودها را برای نمونههای آزمون صفحهای یا ورقهای نشان میدهند. شکل 5 مقطع diametral سه الکترود اعمالشده روی یک نمونه آزمون لولهای را نشان میدهد که در آن الکترود شماره 1 الکترود اندازهگیری، الکترود شماره 2 الکترود گارد متشکل از یک حلقه در هر انتهای الکترود شماره 1 و دارای اتصال الکتریکی مشترک، و الکترود شماره 3 الکترود بدون گارد است (7، 8). برای موادی که نشتی سطحی ناچیزی دارند و فقط برای مقاومت حجمی بررسی میشوند، استفاده از حلقههای گارد را حذف کنید. ابعاد مناسب و عمومی برای شکل 4، در مورد نمونههای آزمون با ضخامت 3 mm، به شرح زیر است: D3 = 100 mm، D2 = 88 mm و D1 = 76 mm؛ یا بهصورت جایگزین، D3 = 50 mm، D2 = 38 mm و D1 = 25 mm. برای حساسیت معین، نمونه آزمون بزرگتر امکان اندازهگیری دقیقتر مواد دارای مقاومت ویژه بالاتر را فراهم میکند.
9.2.2 ضخامت متوسط نمونههای آزمون را مطابق یکی از روشهای موجود در روشهای آزمون D374 مرتبط با ماده مورد آزمون اندازهگیری کنید. نقاط واقعی اندازهگیری باید بهطور یکنواخت در سراسر ناحیهای که قرار است توسط الکترودهای اندازهگیری پوشانده شود، توزیع شده باشند.
9.2.3 لازم نیست الکترودها دارای تقارن دایرهای نشاندادهشده در شکل 4 باشند، هرچند این شکل معمولاً مناسب است. الکترود اندازهگیری (شماره 1) میتواند دایرهای، مربعی یا مستطیلی باشد؛ بهگونهای که در صورت نیاز، محاسبه مساحت مؤثر الکترود اندازهگیری برای تعیین مقاومت ویژه یا رسانایی حجمی بهسادگی انجام شود. قطر الکترود دایرهای، ضلع الکترود مربعی یا کوتاهترین ضلع الکترود مستطیلی باید حداقل چهار برابر ضخامت نمونه آزمون باشد. عرض فاصله باید بهاندازهای باشد که نشتی سطحی میان الکترودهای شماره 1 و 2 موجب خطا در اندازهگیری نشود؛ این موضوع بهویژه برای دستگاههای دارای امپدانس ورودی بالا، مانند الکترومترها، اهمیت دارد. اگر فاصله برابر دو برابر ضخامت نمونه آزمون در نظر گرفته شود، همانگونه که در 9.3.3 پیشنهاد شده است، تا بتوان از نمونه آزمون برای تعیین مقاومت یا رسانایی سطحی نیز استفاده کرد، معمولاً میتوان با دقت کافی فرض کرد که مساحت مؤثر الکترود شماره 1 تا مرکز فاصله امتداد دارد. اگر تحت شرایط خاص، تعیین مقدار دقیقتری برای مساحت مؤثر الکترود شماره 1 مطلوب باشد، تصحیح مربوط به عرض فاصله را میتوان از پیوست X2 به دست آورد. الکترود شماره 3 میتواند هر شکلی داشته باشد، مشروط بر اینکه در تمام نقاط، از لبه داخلی الکترود شماره 2 حداقل بهاندازه دو برابر ضخامت نمونه آزمون فراتر رود.
9.2.4 برای نمونههای آزمون لولهای، الکترود شماره 1 باید بخش خارجی نمونه آزمون را احاطه کند و طول محوری آن حداقل چهار برابر ضخامت دیواره نمونه آزمون باشد. ملاحظات مربوط به عرض فاصله همان موارد ذکرشده در 9.2.3 هستند. الکترود شماره 2 از یک الکترود حلقوی در هر انتهای لوله تشکیل میشود که دو بخش آن از طریق خارجی به یکدیگر متصل شدهاند. طول محوری هر یک از این بخشها باید حداقل دو برابر ضخامت دیواره نمونه آزمون باشد. الکترود شماره 3 باید سطح داخلی نمونه آزمون را در طول محوریای بپوشاند که از لبههای خارجی فاصله، حداقل بهاندازه دو برابر ضخامت دیواره، فراتر رود. نمونه آزمون لولهای (شکل 5) میتواند به شکل سیم یا کابل عایقدار باشد. اگر طول الکترود بیش از 100 برابر ضخامت عایق باشد، اثر انتهای الکترود اندازهگیری ناچیز میشود و رعایت فاصلهگذاری دقیق الکترودهای گارد ضروری نیست. بنابراین، فاصله میان الکترودهای شماره 1 و 2 میتواند چند سانتیمتر باشد تا هنگام استفاده از آب بهعنوان الکترود شماره 1، مقاومت سطحی کافی میان این الکترودها ایجاد شود. در این حالت، برای عرض فاصله هیچ تصحیحی انجام نمیشود.
9.3 تعیین مقاومت یا رسانایی سطحی:
9.3.1 نمونه آزمون میتواند هر شکل عملی متناسب با هدف خاص آزمون، مانند صفحه تخت، نوار یا لوله، داشته باشد.
9.3.2 آرایشهای شکل 2 و شکل 3 برای مواردی طراحی شدهاند که مقاومت حجمی نسبت به مقاومت سطحی زیاد باشد (2). بااینحال، ترکیب سطوح قالبگیریشده و ماشینکاریشده باعث میشود نتیجه بهدستآمده برای نمونههای آزمون نواری سخت، معمولاً قطعی نباشد. آرایش شکل 3 هنگامی رضایتبخشتر است که برای نمونههای آزمونی به کار رود که عرض آنها بسیار بیشتر از ضخامتشان است؛ زیرا در این حالت اثر لبه برش نسبتاً کوچک میشود. ازاینرو، این آرایش برای آزمون نمونههای آزمون نازک، مانند نوار، مناسبتر از آزمون نمونههای آزمون نسبتاً ضخیم است. آرایشهای شکل 2 و شکل 3 را هرگز نباید بدون توجه کافی به محدودیتهای ذکرشده قبلی، برای تعیین مقاومت یا رسانایی سطحی به کار برد.
9.3.3 سه آرایش الکترودی شکلهای 4، 6 و 7 را میتوان برای مقایسه مواد به کار برد. مقاومت یا رسانایی فاصله سطحی میان الکترودهای شماره 1 و 2 مستقیماً با استفاده از الکترود شماره 1 بهعنوان الکترود اندازهگیری، الکترود شماره 3 بهعنوان الکترود گارد و الکترود شماره 2 بهعنوان الکترود بدون گارد تعیین میشود (7، 8). مقاومت یا رسانایی تعیینشده در واقع حاصل موازی مقاومت یا رسانایی سطحی میان الکترودهای شماره 1 و 2 با بخشی از مقاومت یا رسانایی حجمی میان همان دو الکترود است. در این آرایش، عرض فاصله سطحی، g، باید تقریباً دو برابر ضخامت نمونه آزمون، t، باشد؛ بهجز برای نمونههای آزمون نازک که در آنها g میتواند بسیار بیشتر از دو برابر ضخامت ماده باشد.
9.3.4 برای نمونههای آزمون بسیار نازکی که مقاومت ویژه حجمی آنها آنقدر کم است که مقاومت حاصل کم میان الکترود اندازهگیری و سیستم گارد موجب خطای بیش از حد میشود، ممکن است به تکنیکهای ویژه و ابعاد خاص الکترود نیاز باشد.
9.4 مقاومت عایقی مایعات—نمونهبرداری از مواد عایق مایع، سلولهای آزمون مورد استفاده و روشهای تمیزکردن سلولها باید مطابق روش آزمون D1169 انجام شود.
نصب نمونه آزمون
10.1 هنگام نصب نمونههای آزمون برای اندازهگیری، مهم است که هیچ مسیر رسانایی میان الکترودها یا میان الکترودهای اندازهگیری و زمین وجود نداشته باشد؛ زیرا چنین مسیرهایی میتوانند بر قرائت دستگاه اندازهگیری اثر قابلتوجه بگذارند (9). با پوشیدن دستکشهای استاتریون از لمس سطوح عایق با انگشتان بدون پوشش خودداری کنید. برای آزمونهای داوری مقاومت یا رسانایی حجمی، پیش از آمادهسازی شرایط، سطوح را با حلال مناسب تمیز کنید. هنگام اندازهگیری مقاومت سطحی، درباره تمیزکردن یا تمیزنکردن سطوح توافق متقابل داشته باشید. در صورت نیاز به تمیزکاری، جزئیات هرگونه تمیزکردن سطح را ثبت کنید.
آمادهسازی شرایط
11.1 نمونههای آزمون را مطابق Practice D6054 تحت شرایط محیطی مناسب قرار دهید.
11.2 محفظههای محیطی با هوای در حال گردش یا روشهای شرحدادهشده در Practices E104 یا D5032 برای کنترل رطوبت نسبی مفید هستند.
روش اجرا
12.1 مقاومت عایقی یا رسانایی—نمونه آزمون را بهدرستی در محفظه آزمون نصب کنید. اگر محفظه آزمون و محفظه آمادهسازی شرایط یکسان هستند (روش پیشنهادی)، نمونههای آزمون باید پیش از آغاز آمادهسازی شرایط نصب شوند. اندازهگیری را با دستگاه مناسبی که حساسیت و دقت موردنیاز را داشته باشد انجام دهید (به پیوست X3 مراجعه کنید). مگر آنکه خلاف آن مشخص شده باشد، زمان برقدارشدن را 60 s و ولتاژ اعمالی را 500 ± 5 V در نظر بگیرید.
12.2 مقاومت ویژه یا رسانایی حجمی—ابعاد الکترودها و عرض فاصله گارد، g، را اندازهگیری و ثبت کنید. مساحت مؤثر الکترود را محاسبه کنید. اندازهگیری مقاومت را با دستگاه مناسبی که حساسیت و دقت موردنیاز را داشته باشد انجام دهید. مگر آنکه خلاف آن مشخص شده باشد، زمان برقدارشدن را 60 s و ولتاژ مستقیم اعمالی را 500 ± 5 V در نظر بگیرید.
12.3 مقاومت یا رسانایی سطحی:
12.3.1 ابعاد الکترودها و فاصله میان آنها، g، را اندازهگیری کنید. مقاومت یا رسانایی سطحی میان الکترودهای شماره 1 و 2 را با دستگاه مناسبی که حساسیت و دقت موردنیاز را داشته باشد اندازهگیری کنید. مگر آنکه خلاف آن مشخص شده باشد، زمان برقدارشدن را 60 s در نظر بگیرید و ولتاژ مستقیم 500 ± 5 V اعمال کنید.
12.3.2 هنگام استفاده از آرایش الکترودی شکل 3، P بهعنوان محیط مقطع نمونه آزمون در نظر گرفته میشود. برای نمونههای آزمون نازک، مانند نوارها، این محیط عملاً به دو برابر عرض نمونه آزمون کاهش مییابد.
12.3.3 هنگام استفاده از آرایشهای الکترودی شکل 6، اگر مشخص باشد که مقاومت حجمی در مقایسه با مقاومت سطحی بسیار زیاد است (مانند رطوبت آلودهکننده سطح یک ماده عایق خوب)، P برابر دو برابر طول الکترود یا دو برابر محیط استوانه در نظر گرفته میشود.
محاسبه
13.1 مقاومت ویژه حجمی، [rho]v، و رسانایی حجمی، [gama]v، را با استفاده از معادلات جدول 1 محاسبه کنید.
13.2 مقاومت ویژه سطحی، [rho]s، و رسانایی سطحی، [gama]s، را با استفاده از معادلات جدول 1 محاسبه کنید.
دستگاه آزمون مقاومت ویژه حجمی و سطحی برای نمونههای تخت
- ولتاژ تا 500V یا 1000 V بنا بر درخواست مشتری
- الکترود نمونه برای نمونههای تخت مطابق ASTM D257
- سایر سیستمهای الکترودی بنا بر درخواست مشتری قیمتگذاری خواهند شد
- تصویر فقط برای ارجاع است؛ دستگاه مناسب بر اساس معیارهای آزمون انتخاب خواهد شد
- ویدئوی آموزشی included