Keysight是德B298绝缘材料电阻率测量

Keysight是德B298绝缘材料电阻率测量

Keysight是德B298绝缘材料电阻率测量序言

Keysight B298和 B2987A静电计/高阻表通过在前面板上提供的电阻或电流随时间的变化信息， 简化了绝缘材料表面电阻率和体积电阻率的表征。
您可用 Keysight 16008B电阻盒对薄膜或片状材料的表面电阻率或体积电阻率进行测量， 还能用定制的电阻率测量夹具来测量其他形状的样品。
Keysight B298和B2987A静电计/高阻表具有*的10aA(0.01fA) 电流测量分辨率， 使用内置的1000V电压源可测量zui高10PΩ (10 16Ω)电阻。
根据ASTM D257标准(除非另作说明)， 绝缘和表面电阻通常是在施加测试电压(带电)60秒之后测得， 因此能够测量这些参数随时间的变化是很重要的。
B298和 B2987A提供计时器触发和运算功能， 可在的时间对测量数据进行计算， 以得出不同点上的电阻率数据。 另外， B298/B2987A还在显示屏上提供电阻率与测试时间的趋势图， 使用户能够查看在记录zui终电阻率值之前的电阻率变化。
本技术概述介绍了如何使用B298/87A和16008B进行的电阻率测量。
注: B2987A 提供内置充电电池选件， 在不接到交流电的情况下也能正常操作。
本文中的重要词汇:
极小电流测量中的公制单位前缀:
‾ peta(P)=10 15
‾ tera(T)=10 12
‾ giga(G)=10 9
‾ pico(p)=10 -12
‾ femto(f)=10 -15
‾ atto(a)=10 -183

Keysight B298/B2987A静电计/高阻表电阻率测量
1. 测量基础知识
电阻率测定有两种基本方法: 体积和表面。
下面章节将会讲解这两种方法。
体积电阻率测量
体积电阻率测量一般采用图 1所示的测试夹具电极配置— 将电压源 Vs施加到上电极， 流经测试样品的大电流为 Im， 随后体积电阻率 Rv 用公式 Rv = Vs/Im 计算。 从测试样品流向保护电极的大电流和从上电极流向保护电极的表面电流都属于泄露电流； 然而这些电流都会进入 Vs的低侧， 不会对用于计算 Rv的电流表电流(Im)的大小造成影响。
体积电阻率Rv可用公式 rv=EAR/STHxRv计算出， 其中:
EAR=Effective area有效面积
STH=Sample thickness样品厚度
表面电阻率测量
表面电阻率测量一般采用图 2 所示的电极配置 — 将电压源 Vs 施加到护环电极， 在测试样品表面上的电流从保护电极流向主电极， 表面电流被为 Im。 表面电阻 Rs 可用公式 Rs = Vs/Im 计算。 从护环流向上电极的电流是泄露电流； 然而这个电流会流入 Vs 的低侧， 不会对用于计算 Rv 的电流表电流(Im)的大小造成影响。
表面电阻可用公式 rs=EPER/GLENxRs计算出， 其中:
EPER=Effective perimeter有效周长
GLEN=Gap length间隔长度
B2985/87A可利用内置的MATH功能计算和显示上述参数。
图1. 体积电阻率测量
图2. 表面电阻率测量
Rv=Vs/Im
上电极
16008B
电阻率电池
(剖面图)
保护电极
主电极
Vs
Im
测试样品
电流流向
主电极 表面边缘
泄露电流
电流表 泄露
电流
电压源
Vs高
Vs低
0v
+ -
电流从表面
流向主电极
Rv=Vs/Im
16008B
电阻率电池
(剖面图)
上电极
主电极
Im
电流表
0v
0 + -
v
测试样品
Vs
电压源
保护
电极
泄露

2. 测量支持功能
B298和B2987A具有多个适用于电阻率测量的特性。
测量时间设置:
电阻率测量通常是在施加一个激励信号后的时间内进行， 因为绝缘材料的电阻率一般不会迅速收敛于一个稳定值， 这就要求任何的电阻率技术指标都必须对应电阻测量时间点。 除非另作说明， 我们通常是在输入一个激励信号 (带电) 60 秒后开始进行电阻率测量(根据ASTM D257标准)。
B298和B2987A允许您在输入激励信号之后(带电)开始测量的确切时间。
湿度和温度测量:
由于电阻率测量会受到环境温度和湿度的影响， 因此有必要记录每一次测量的数据， 以方便用户比较不同材料的电阻率测量结果。
B298和B2987A允许您测量和记录环境温度和湿度以及电阻测量数据。
趋势图显示:
由于电阻率测量通常会在输入电压激励信号之后有所改变， 仪表能够显示电阻率从输入激励信号到zui终测量结束过程中的变化， 这会为用户带来极大便利。B298和B2987A允许您通过图表来监测电阻率随时间的变化。
16008B电阻盒
B2987A
N1413A
高阻表夹具
适配器
电流表
输入
互锁连接
高压输出
16088B
体积/表面
选择器
控制开关:
- PULL 位置

本节介绍了如何使用Keysight B298/B2987A静电计/高阻表和16008B 电阻盒进行电阻率测量。
图3显示了B2987A和16008B进行电阻率测量的连接后视图。
请确保仪表已经通过互锁电缆连接，将 N1413A 的控制开关切换到 PULL 位置； 并且启用"Floating DUT"模式。
使用图 4所示的 16008B体积/表面选择器上的旋钮， 就可以切换体积电阻率测量和表面电阻率测量。
使用16008B电阻盒进行电阻率测量的实例图5. 测试电极的尺寸和电阻率计算参数在本例中， 夹具的测试电极是16008B电阻盒的标准配置。 电极尺寸为:
‾ 主电极: 直径50mm
‾ 防护电极: (内)直径70mm
体积电阻率测量实例所使用的测试样品是一种与静电隔离袋材质相同的塑料薄膜， 适用于放置静电敏感器件。
表面电阻率测量实例所使用的测试样品是橡胶薄片。
电阻率计算的详细内容可参见图5。

图3. B2987A和16008B进行电阻率测量的配置
图4. 16008B体积/表面选择器的开关
50 mm
70 mm
- EPER: 有效周长 (mm)
π x (50+70)/2 = 188.5 mm
- GLEN: 间隔长度 (mm)
(70-50)/2 = 10 mm
- EAR: 有效区域 (mm^2)
(π x (50+10)^2) /4 = 2827.4 mm^2
- STH: 样品厚度 (mm)
0.02 mm (20 μm)
保护电极
EPER
GLEN
EAR
主电极

实例1. 体积电阻率测量
以下步骤演示了如何设置和执行体积电阻率测量。
B298前面板操作及测量步骤
1. 在16008B电阻盒中放入测试样品。
注: 本例使用了与静电隔离袋材质相同的塑料薄膜。
将16008B体积/表面选择器的开关切换到"体积(Volume)"位置。
2. 按下[视图(View)]键， 以显示功能键View的菜单。 接下来按下[仪表视图(Meter View)]功能键， 并按下[AMPS(I)]辅助键。
3. (1) 检查电压源(Voltage Source)字段是否设置为0V。
(2) 如果不是， 将字段指针移动到电压源值， 再按下[旋钮(knob)]进行电压编辑。
(3) 字段指针变为绿色编辑(EDIT)状态。
(4) 设置电压为0V。 用箭头键选择想要编辑的数字。

(1) 按下 键, 显示视图 (View) 功能键。
(2) 按下 键,
(3) 再按下 键。
(1) 如果电压源的值不是 0 V, 要执行以下步骤。
(2) 旋转 , 将字段指针移动到电压源值，
(3) 字段指针变为绿色编辑 (EDIT) 状态, 状态信息
将变成可编辑 (EDIT)。
(4) 通过旋转 可将电压设置为 0 V, 按下以固定数值。
然后按下旋钮进行电压编辑。

4. 设置运算(MATH)参数， 以进行体积电阻率和表面电阻率计算:
5. 运算变量输入面板已打开。
将索引(Index)设置为"01"(参见下图中的步骤"a")。
执行下图中的步骤"b"至"i"， 将索引7中的变量设为188.5(mm)， 参见步骤h。
步骤 1. 按下 [视图 (View)] 键, 以显示 [系统菜单 (System Menu)] 功能键。
步骤 2. 按下 [系统菜单 (System Menu)] 键, 再按下 [功能 (Function)] 键。
步骤 3. 按下 [运算 (Math)] 键。
步骤 4. 按下 [变量 (Variable)] 键。
b. 点击编辑
(EDIT)模式
旋转到索引“07， EPER”
(有效周长)字段。
d. 点击移动
(MOVE) 模式
旋转到 “数值 (Value)” 字段。
点击并输入 EPER 值。
使用 [旋钮 (knob)] 和箭头键
来输入数值。
h. 将 “EPER” 参数设为 188.5 (mm)。
i. 对 “08” 至 “10” 索引值重复相同的步骤。

6. 在对索引08到10的变量完成上述步骤之后， 所有的参数应当按照下图进行设置。
按下[应用(Apply)]， 再按下[OK]键， 可以保存数值和关闭运算变量(Math Variable)输入面板。
7. 设置测量所用到的测试电压。
(1) 按下[仪表视图(Meter View)]功能键。
(2) 连续两次按下[More...1 of 3]辅助键， 以显示[More...3 of 3]功能键。
(3) 按下[显示电压源功能(Show VS Func.)]辅助键， 以显示VS功能菜单。
8. 将VS功能改为编辑(EDIT)模式， 并选择[线性单扫描(LINEAR SINGLE)]辅助键。
所有的电阻率运算参数都已设置好。
按下 [应用 (Apply)], 再按下 [OK] 键, 可以设置和关闭运算变量
(Math Variable) 输入面板。
(3) 按下 键。
3 .
(1) 按下 键,
(2) 按下 键两次, 直至出现 . 键。
1 .
2 .
3 .
(1) 使用 点击 VS 功能, 会使辅助键菜单发生变化。
(2) 按下 辅助键。
1 .
通过旋转 可以将光标移动到 VS 功能。

9. 通过下图中的步骤可以完成扫描参数的设置。
(1) 电源(Source)形状指示器应当改为指示线性单扫描。
(2) 按照下列数值编辑扫描参数。
‾ 开始(Start): 500V
‾ 停止(Stop): 500V
‾ 点数(Points): 1
(3) 按下[隐藏电压源功能(Hide VS Func.)]辅助键。
VS范围设置模式已打开。
(4) 将字段指针移动到"Spot Source Range"， 然后按下[旋钮(Knob)]可将字段更改为编辑(EDIT)模式。
(5) 按下[+1000V]辅助键， 将VS范围设置为1000V。
10.(1) VS范围指示出电压被设定在1000V。
(2) 连续两次按下[More..3 of 3]辅助键， 直至它处于[More...2 of 3]。
(3) 按下[显示触发(Show Trigger)]辅助键。
(4) 点击触发(Trigger)模式， 并更改为编辑(EDIT)模式。 辅助键更改为触发(Trigger)选择菜单。
(5) 按下[手动(MANUAL)]辅助键。
(6) 触发(Trigger)模式更改为手动(MANUAL)模式。
11.手动触发(Manual Trigger)参数的输入字段已打开。
在本例中， 将触发设为5秒间隔， zui终采样设在60秒。
(1) 按照下列数据更改手动触发(Manual)参数:
测量计数: 13
测量时延: 500ms(设置在偏置电压输出后有500ms时延。 )
测量时间: 5秒(每隔5秒执行采样。 )
源计数: 1(开始-停止)
测量和源触发: 自动 (AUTO)
(2) 按下[隐藏触发(Hide Trigger)]辅助键。
(3) 按下[显示滚降(Show Roll)]辅助键， 为接下来的测量做准备。
屏幕的下半部分会显示仪表视图和滚降视图。

12.可选设置
如果您在使用湿度传感器和/或热电偶， 可将其接到B298/87A的后面板输入端， 这样您就能测量在测试环境中的湿度和温度。
注: 由于湿度对电阻率测量的影响很明显， 因此如果您在一个不可控的环境内进行电阻率测量， 那么您应当监测湿度指标。
13.输出打开。
(1) 按下电压源[通/断(On/Off)]键， 以输出0V电压。
(2) 然后按下电流表[通/断(On/Off)]键， 以连接这个电流表。
(3) 自动执行单次电流测量。
注: 如果已接到湿度和温度传感器， 也会显示这一数据。
14.按下[OHMS(R)]辅助键， 将测量参数更改为电阻。
a. 仪表视图(Meter View)的单位更改为"Ω"。
b. 下面步骤将设置运算(MATH)功能并计算体积电阻率。
执行下图中b部分所列出的第1至3个步骤。
1 . 2.
3 .
(1) 电压源接通
(2) 电流表接通
(3) 自动执行测量。
1.
2 .
(1) 点击前面板上的 键。
运算表达式 (Math Expression) 面板出现在显示屏上。
(2) 点击 旋钮，将模式更改为编辑 (EDIT) 模式。
(3) 滚动到 “VRESISTIVITY” MATH 功能, 然后点击
旋钮。
按下 [OHMS(R)] 辅助键。测量模式更改为 OHMS 模式。

15."运算(MATH)"指示器显示了VRESISTIVITY功能已经设置好。
通过运算功能计算出来的数据在主要测量数据显示字段中显示。
电阻数据在次要测量数据显示字段中显示。
16.以下操作适用于体积电阻率测量。
按下[单次(Single)]测量按钮。
体积电阻率测量的时间是5到60秒。
电阻率的单位"PO"表示Peta-Ohm/cm。
注: 体积电阻率的单位是Ωcm。
V Resistivity
Resistance
(1) 旋转 把焦点移动到单位 (Unit) 输入字段。
(2) 点击 旋钮, 把单位设置为 “O” (即, 欧姆)。
(3) 按下 [OK] 键来设置 VRESISTIVITY MATH 功能。

滚降视图可以绘制电阻数据的趋势。
注: 滚降视图不能绘制运算数据， 但可用于查看测量数据趋势。
17.运算数据不能在图形视图中显示。
通过下列步骤来绘制体积电阻率与带电时间的关系图。
(1) 按下 键, 显示视图 (View) 功能键。
(2) 按下 键, 显示图形视图 (Graph View)。
(3) 用 旋钮按照下列数据设置坐标轴。
Y: 运算
X: 时间(秒)
将会得到下图。
点击 [单次 (Single)] 键。 [ARM] 指示器亮起, 扫描测量开始进行。
注: 在测量过程中， 运算数据不能实时绘制。
运算数据随时间的变化会在扫描测量结束后自动开始绘制。

实例2. 表面电阻率测量
表面电阻率测量基本上与体积电阻率测量相同， 但包括以下几种例外情况。
您可以参考实例1中的相同步骤进行表面电阻率测量， 但要注意以下几点不同。
1. 在16008B电阻率电池中放入测试样品。
注: 本例使用了橡胶薄板作为测试材料。
将16008B体积/表面选择器的开关切换到"表面(Surface)"位置。
2. 下面步骤将设置运算(MATH)功能并计算表面电阻率测量。
按照下图中的第(1)至(4)步骤操作。
3. 开始进行表面电阻率测量。
按下[单次(Single)]测量按钮。
表面电阻率测量的时间是5到60秒。
电阻率的单位"PO"表示Peta-Ohm。
点击[单次(Single)]键。 [ARM]指示器亮起, 扫描测量开始进行。
(1) 点击前面板上的 键。运算表达式
(2) 点击 旋钮, 将模式更改为编辑模式。
(3) 滚动到 “SRESISTIVITY” MATH 功能。
(4) 按下 [OK] 键来设置 SRESISTIVITY MATH 功能。
(Math Expression) 面板出现在显示屏上。
实例2. 表面电阻率测量 (续)
4. 显示了图形视图(Graph View)结果。
实例3. 保存测试设置
您可以把测试配置和测试设置保存到内存或外部 USB 存储设备， 无需重复输入参数即
可再次进行测量。
下面实例介绍了如何保存测试设置到内存。
1. 按下[保存(Save)]键。 出现一个"选择要保存的路径"弹出窗口。
2. 按下在仪器底部显示的功能键位置中的任意一个， 即可选择当前设置要保存的内存
路径。
稍后通过按下[调用(Recall)]键并选择设置， 您能够调用这个设置。
(1) 按下 键, 显示视图 (View) 功能键。
(2) 按下 键, 显示图形视图 (Graph View)。
(3) 用 键按照下列数据设置坐标轴。
Y: 运算
X: 时间 (秒)
将会得到下图。
按下 键, 然后选择其中一个存储密匙来保存设置。
已保存的设置可通过按下键来调用。

Keysight是德B298绝缘材料电阻率测量总结
Keysight B298和 B2987A静电计/高阻表可与 16008B电阻盒搭配使用， 提供更出色的表面电阻率和体积电阻率材料表征能力。 另外， 它们还提供直观的图形用户界面和的测量精度。
Keysight B298/B2987A 静电计/高阻表使用 1000 V 测试电压源可测量zui高 10 PΩ (10 16Ω)电阻。
您可以在施加测试电压之后任意的测量时延， 包括ASTM D257标准规定的60秒。
B298/B2987A使用内置运算功能对测量数据进行计算， (根据测试夹具和测试样品的尺寸)能够显示体积电阻率和表面电阻率。
计时器触发和趋势图特性可使您十分灵活地表征新兴的材料和器件。