专利名称:测量抗静电橡胶(塑料)体积电阻的方法及其测试仪的制作方法
本发明属于体积电阻测量方法及测试仪器。
国内外测量抗静电橡胶或抗静电塑料体积电阻尚未有专用的测试仪器，只是在国际或国内标准上规定一定的测量夹具规格，用毫伏表或类似仪表进行测量其电位差，再算出体积电阻率。已经检索过，外国用ISO1853标准(International Standard1853)，国内用GB2439-81标准。国内外标准中存在最根本的共同问题是用固体金属作测量电极，电极与橡胶或塑料试样间存在整流接触，使测量结果产生较大的误差。因此，国内外标准均用有压法测量，对试样施加65.7牛顿/米宽的压力，以图改善接触问题，虽所加压力一定，但因各种硫化胶试样模数不同，则在恒定负荷下其变形就不一样，因而不可避免引起较大的测量误差。而且，试样在测试前要进行70±1℃，2小时的加热处理，硫化胶结构亦会发生变化，所以采用有压法测试标准得到的数据只能作为相对衡量数值，而无法测出试样在室温自由状态下的体积电阻或体积电阻率的真实值。
本发明的目的是为了克服上述标准有压法必须加热、加压而引起测量误差较大和无法测量试样在室温自由状态下的体积电阻或体积电阻率的真实值等各种缺点，首次提出用高频无接触方法进行测量。其原理是将试样置于一个特别设计的1.5～2.0兆赫的高频电场中，使试样高分子内部产生涡流，从而增加了调谐迥路中振荡能量的损耗，测量出谐振迥路Q值的变化，並根据能量损耗与高分子内部电阻大、小的关系，计算出试样的体积电阻或体积电阻率;也可以应用导纳转换电阻线路，从仪表上直读出体积电阻值来，该测试仪的面板示意图如图1所示。主要包括调节旋扭(1’～3’)，直读体积电阻值R或Q值表(4’)，测量电极夹具(5’)。仪器内部电路板主要包括稳压电源电路(1)、高频振荡电路(2)、电压放大电路(3)、低阻抗输出电路(4)和电阻测量谐振电路(5)，如图2所示，其各部分工作原理如下稳压电源(1)给其它全部电路提供了+12伏的稳定电源。振荡电路(2)产生1.5～2.0兆赫频率可调的高频信号，经电压放大级(3)进行放大后，在低阻抗输出级(4)取得输出，进入体积电阻测量线路中並与电极夹具和试样产生回路振荡，测量其能量损耗，转换成体积电阻值。
测试仪的稳压电源电路图如图3所示。其工作原理如下D1～D4、C1～C2组成整流、滤波电路。
T2～T3、DW1～DW2、C3～C4、R1～R5共同起电压调整和稳压输出作用。
高频振荡、放大与输出电路如图4所示，其工作原理如下T4、C5～C9、R6～R8、W1、L1、共同组成高频振荡电路(2)。产生1.5～2.0兆赫频率可调的信号。
T5～T6、DW3、R10～R14共同组成电压放大电路(3)。把前级产生的高频信号进行电压放大。
T7～T8、R15～R19、C13～C14、L2～L3共同组成低阻抗输出级(4)。电压输出从L3两端获取，输出电压大小可由W1调节。
图3和图(4)的线路元件型号、规格、数值如附表1所示。
电阻测量谐振电路如图5所示，其原理是从低阻抗输出级(4)取得1.5～2.0兆赫高频信号，输入电阻测量谐振线路回路中，调整可变电容CX使与电极夹具E和试样S产生振荡，通过导纳转换可以将体积电阻值R直接测量出来。
根据图5，电路阻抗Z=RX-j 1/(WCX) (1)式中RX-试样体积电阻值;(欧姆)j-流过电路的电流;(安培)W-高频电场的频率;(赫芝)CX-耦合电容;(法拉)其线路导纳Y＝GT+jωCT(2)根据图6和图7，串联转化为並联后，其导纳应保持相等，即GT+jωCT=1RX-j1ω CX]]>= (jωCX)/(1+jωCXRX)=ω2CX2RX1+(RXω CX)2+jω CX1+(RXω CX)2(3)]]>
从而得到GT= (ω2CX2RX)/(1+(RXωCX)2) (4)GT= (CX)/(1+(RXωCX)2) (5)利用回路阻尼，D＝RωC的基本关系，代入上两式，得GT= (RXω2CX2)/(1+D2)GT= (CX)/(1+D2)在实际测试中，D2＜＜1，则有GT≈RXω2C2X(6)CT≈CX(7)又根据並联回路基本公式Q＝ (ωC)/(G) (8)式中Q为並联回路的品质因素，並将(6)式代入(8)式，得到RX= 1/(QωCX) (9)式中ω为图5测量线路中谐振频率，取2.0兆赫时，耦合电容CX为61微微法。ω和CX均为已知常数。只要测量出谐振回路的Q
值，在仪表显示上用其倒数值 1/(Q) ，乘上已知常数 1/(ωCX) ，作为仪表刻度值，即为测量仪表直读试样的体积电阻值(欧姆)。
再根据下式，可算出相应体积电阻率ρX＝ (w·d)/(L) ·RX(10)式中W，d，L-分别为试样测量部分的宽度，厚度和长度(厘米)。令W＝L＝10.00毫米ρX-试样体积电阻率，(欧姆·厘米)若要求精确计算体积电阻值，则要考虑到电极夹具上没有试样时的回路阻尼，可以用並联等效电阻与能量转换损耗的关系，便可推导出下式RX= (Q1·Q2)/(ωCX(Q1-Q2)) (11)Q1，Q2-分别为夹具上没有试样和有试样时的品质因素，同时，ρX= (W·d)/(L) · (Q1·Q2)/(ωCX(Q1-Q2)) (12)就是说，只要精确测量出谐振回路中电极夹具上没有试样时的品质因素Q1和有试样时的品质因素Q2;另外，ω和CX为已知;再计量出试样的尺寸，代入(12)式，即可算出ρX值。
使用测试仪时，可将试样按要求用裁切好长为100.0毫米的试样(但测量部分的长L和宽W均为10±0.01毫米)，装入测量电极夹具中进行测量。
全部测试均在23±2℃，相对温度50±5%或27±2℃，相对湿度65±5%的条件进行。实验发现测量抗静电橡胶或塑料的体积电阻率时，取高频电场的频率为1.5～2.0兆赫时，测试灵敏度最佳。
本发明所用的高频无接触测量电极夹具如图8所示。它是用紫铜片按图上规格加工成后，再镀上银，然后用绝缘甲丙塑料溶液涂复数次，使其附上一层绝缘外衣，保证电极能与试样高度绝缘，这便制成了能导高频特性的高频无接触测量电极夹具。
本发明不但完全克服了目前国内外标准中采用的有压法测量的各种缺点，而且提高了测量分辨率，即使抗静电胶料配方变化2.5份炭黑，均能测出其体积电阻率变化值来。本发明的测量准确度、精度均大大优于标准的有压法测量，本发明测量的相对平均偏差为±3.5%。测量快捷、稳定、可靠，使用方便、用途广泛。为抗静电橡胶或抗静电塑料的生产监控、成品质检提供了方便可靠的测试手段。
发明人曾按附图1～附图8实施其发明。对附图1～8说明如下图1是测试仪的面板示意图。其中(1’)为电源开关;(2’)为频率校正旋扭;(3’)为测量旋扭;(4’)为R值表或Q值表;(5’)为测量电极夹具。
图2是测试仪的电路原理方框图。
图3是测试仪的稳压电源电路图。其元件型号、规格、数值如附表1所示。其中变压器B的初级用45＃(φ＝0.22毫米)，高强度漆包线绕190匝，铁芯用厚为0.35毫米，宽为12毫米的硅钢片60片制成。
图4是测试仪的电路图。其元件型号、规格、数值如附表1所示。其中L1＝3毫亨，用45＃～49(φ＝0.07～0.03毫米漆包线在高频磁芯上绕120匝;L2用4～5股(主要为降低阻抗而又有较大电感量)的0.05毫米漆包线在高频磁芯上绕200匝;L3用φ＝0.8～1毫米的镀银铜线绕成空心电感线圈，其外径为8～10毫米。
图5是体积电阻测量谐振电路图，LS是标准电感，取10μH，CX取61Pf，R为直读电阻表，E为电极夹具。S为试样。
图6和图7分别为试样的等效串联回路和等效並联回路。
图8是电极夹具，图中1表示导线，2表示电极夹具，尺寸如图中所示。其中d1＝1，2或3+0.02毫米，或者根据不同形状试样需要，加工成各种不同规格。材料为镀银紫铜片。
本发明实施容易，只要按照上述电路及元件型号、规格、数值进行安装、调试制作，便能够制造出成套高频无接触法测量抗静电橡胶或抗静电塑料的体积电阻率的测试仪。
附表1(图3、图4元件目录表)
权利要求
1.一种测量抗静电橡胶或抗静电塑料的体积电阻或体积电阻率的方法，其特征在于将被测试样装入带绝缘外衣的导高频特性的电极夹具中，並在1.5～2兆赫的高频电场中用高频无接触方法测量出谐振回路品质因素Q值，然后通过以 1/(Q) 值乘以已知常数 1/(ωCX) 值作为仪表刻度值，直接读得试样体积电阻RX值；进而把被测试样的宽度W、厚度d和长度L的尺寸，通过pX= (W·d)/(L) ·RX公式计算出试样体积电阻率pX。
2.一种用于权项1所述测量方法的高频无接触测试仪，其由调节旋扭(1’～3’)、体积电阻Rx或回路品质因数Q值读数表(4’)、电极夹具(5’)及包括稳压电源电路(1)、高频振荡电路(2)、电压放大电路(3)、低阻抗输出电路(4)、电阻测量谐振电路(5)的电路板组成，其特征在于具有导高频特性的带绝缘外衣的电极夹具(5’)及产生高频电场的高频振荡电路(2)。
3.权项2所述的电极夹具(5’)，其特征是用紫铜片材料按被测试样形状加工成电极夹具並镀银，然后用绝缘甲丙塑料溶液涂复数次，使其附上能与试样高度绝缘的绝缘外衣。
4.权项(2)所述高频振荡电路(2)，其特征在于由高频小功率晶体管T4(3DG6D)、电位器W1、电容器C5～C9、电阻R6～R8及电感线图L1共同组成能产生1.5～2兆赫频率可调的高频信号之振荡电路。
专利摘要
本发明是测量抗静电橡胶、塑料的体积电阻、电阻率的高频无接触测量法及测试仪，属体积电阻、电阻率测量方法及测试仪。
文档编号G01R27/26GK85106709SQ85106709
公开日1987年7月8日 申请日期1985年9月2日
发明者霍玉云, 曾宪富, 符史琚, 陈其鼎, 曾庆科 申请人:华南工学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan