測量抗靜電橡膠(塑料)體積電阻的方法及其測試儀的製作方法
2023-04-28 10:02:41 2
專利名稱:測量抗靜電橡膠(塑料)體積電阻的方法及其測試儀的製作方法
本發明屬於體積電阻測量方法及測試儀器。
國內外測量抗靜電橡膠或抗靜電塑料體積電阻尚未有專用的測試儀器，只是在國際或國內標準上規定一定的測量夾具規格，用毫伏表或類似儀表進行測量其電位差，再算出體積電阻率。已經檢索過，外國用ISO1853標準(International Standard1853)，國內用GB2439-81標準。國內外標準中存在最根本的共同問題是用固體金屬作測量電極，電極與橡膠或塑料試樣間存在整流接觸，使測量結果產生較大的誤差。因此，國內外標準均用有壓法測量，對試樣施加65.7牛頓/米寬的壓力，以圖改善接觸問題，雖所加壓力一定，但因各種硫化膠試樣模數不同，則在恆定負荷下其變形就不一樣，因而不可避免引起較大的測量誤差。而且，試樣在測試前要進行70±1℃，2小時的加熱處理，硫化膠結構亦會發生變化，所以採用有壓法測試標準得到的數據只能作為相對衡量數值，而無法測出試樣在室溫自由狀態下的體積電阻或體積電阻率的真實值。
本發明的目的是為了克服上述標準有壓法必須加熱、加壓而引起測量誤差較大和無法測量試樣在室溫自由狀態下的體積電阻或體積電阻率的真實值等各種缺點，首次提出用高頻無接觸方法進行測量。其原理是將試樣置於一個特別設計的1.5～2.0兆赫的高頻電場中，使試樣高分子內部產生渦流，從而增加了調諧迥路中振蕩能量的損耗，測量出諧振迥路Q值的變化，並根據能量損耗與高分子內部電阻大、小的關係，計算出試樣的體積電阻或體積電阻率;也可以應用導納轉換電阻線路，從儀表上直讀出體積電阻值來，該測試儀的面板示意圖如圖1所示。主要包括調節旋扭(1』～3』)，直讀體積電阻值R或Q值表(4』)，測量電極夾具(5』)。儀器內部電路板主要包括穩壓電源電路(1)、高頻振蕩電路(2)、電壓放大電路(3)、低阻抗輸出電路(4)和電阻測量諧振電路(5)，如圖2所示，其各部分工作原理如下穩壓電源(1)給其它全部電路提供了+12伏的穩定電源。振蕩電路(2)產生1.5～2.0兆赫頻率可調的高頻信號，經電壓放大級(3)進行放大後，在低阻抗輸出級(4)取得輸出，進入體積電阻測量線路中並與電極夾具和試樣產生迴路振蕩，測量其能量損耗，轉換成體積電阻值。
測試儀的穩壓電源電路圖如圖3所示。其工作原理如下D1～D4、C1～C2組成整流、濾波電路。
T2～T3、DW1～DW2、C3～C4、R1～R5共同起電壓調整和穩壓輸出作用。
高頻振蕩、放大與輸出電路如圖4所示，其工作原理如下T4、C5～C9、R6～R8、W1、L1、共同組成高頻振蕩電路(2)。產生1.5～2.0兆赫頻率可調的信號。
T5～T6、DW3、R10～R14共同組成電壓放大電路(3)。把前級產生的高頻信號進行電壓放大。
T7～T8、R15～R19、C13～C14、L2～L3共同組成低阻抗輸出級(4)。電壓輸出從L3兩端獲取，輸出電壓大小可由W1調節。
圖3和圖(4)的線路元件型號、規格、數值如附表1所示。
電阻測量諧振電路如圖5所示，其原理是從低阻抗輸出級(4)取得1.5～2.0兆赫高頻信號，輸入電阻測量諧振線路迴路中，調整可變電容CX使與電極夾具E和試樣S產生振蕩，通過導納轉換可以將體積電阻值R直接測量出來。
根據圖5，電路阻抗Z=RX-j 1/(WCX) (1)式中RX-試樣體積電阻值;(歐姆)j-流過電路的電流;(安培)W-高頻電場的頻率;(赫芝)CX-耦合電容;(法拉)其線路導納Y＝GT+jωCT(2)根據圖6和圖7，串聯轉化為並聯後，其導納應保持相等，即GT+jωCT=1RX-j1ω CX]]>= (jωCX)/(1+jωCXRX)=ω2CX2RX1+(RXω CX)2+jω CX1+(RXω CX)2(3)]]>
從而得到GT= (ω2CX2RX)/(1+(RXωCX)2) (4)GT= (CX)/(1+(RXωCX)2) (5)利用迴路阻尼，D＝RωC的基本關係，代入上兩式，得GT= (RXω2CX2)/(1+D2)GT= (CX)/(1+D2)在實際測試中，D2＜＜1，則有GT≈RXω2C2X(6)CT≈CX(7)又根據並聯迴路基本公式Q＝ (ωC)/(G) (8)式中Q為並聯迴路的品質因素，並將(6)式代入(8)式，得到RX= 1/(QωCX) (9)式中ω為圖5測量線路中諧振頻率，取2.0兆赫時，耦合電容CX為61微微法。ω和CX均為已知常數。只要測量出諧振迴路的Q
值，在儀表顯示上用其倒數值 1/(Q) ，乘上已知常數 1/(ωCX) ，作為儀表刻度值，即為測量儀表直讀試樣的體積電阻值(歐姆)。
再根據下式，可算出相應體積電阻率ρX＝ (w·d)/(L) ·RX(10)式中W，d，L-分別為試樣測量部分的寬度，厚度和長度(釐米)。令W＝L＝10.00毫米ρX-試樣體積電阻率，(歐姆·釐米)若要求精確計算體積電阻值，則要考慮到電極夾具上沒有試樣時的迴路阻尼，可以用並聯等效電阻與能量轉換損耗的關係，便可推導出下式RX= (Q1·Q2)/(ωCX(Q1-Q2)) (11)Q1，Q2-分別為夾具上沒有試樣和有試樣時的品質因素，同時，ρX= (W·d)/(L) · (Q1·Q2)/(ωCX(Q1-Q2)) (12)就是說，只要精確測量出諧振迴路中電極夾具上沒有試樣時的品質因素Q1和有試樣時的品質因素Q2;另外，ω和CX為已知;再計量出試樣的尺寸，代入(12)式，即可算出ρX值。
使用測試儀時，可將試樣按要求用裁切好長為100.0毫米的試樣(但測量部分的長L和寬W均為10±0.01毫米)，裝入測量電極夾具中進行測量。
全部測試均在23±2℃，相對溫度50±5%或27±2℃，相對溼度65±5%的條件進行。實驗發現測量抗靜電橡膠或塑料的體積電阻率時，取高頻電場的頻率為1.5～2.0兆赫時，測試靈敏度最佳。
本發明所用的高頻無接觸測量電極夾具如圖8所示。它是用紫銅片按圖上規格加工成後，再鍍上銀，然後用絕緣甲丙塑料溶液塗複數次，使其附上一層絕緣外衣，保證電極能與試樣高度絕緣，這便製成了能導高頻特性的高頻無接觸測量電極夾具。
本發明不但完全克服了目前國內外標準中採用的有壓法測量的各種缺點，而且提高了測量解析度，即使抗靜電膠料配方變化2.5份炭黑，均能測出其體積電阻率變化值來。本發明的測量準確度、精度均大大優於標準的有壓法測量，本發明測量的相對平均偏差為±3.5%。測量快捷、穩定、可靠，使用方便、用途廣泛。為抗靜電橡膠或抗靜電塑料的生產監控、成品質檢提供了方便可靠的測試手段。
發明人曾按附圖1～附圖8實施其發明。對附圖1～8說明如下圖1是測試儀的面板示意圖。其中(1』)為電源開關;(2』)為頻率校正旋扭;(3』)為測量旋扭;(4』)為R值表或Q值表;(5』)為測量電極夾具。
圖2是測試儀的電路原理方框圖。
圖3是測試儀的穩壓電源電路圖。其元件型號、規格、數值如附表1所示。其中變壓器B的初級用45＃(φ＝0.22毫米)，高強度漆包線繞190匝，鐵芯用厚為0.35毫米，寬為12毫米的矽鋼片60片製成。
圖4是測試儀的電路圖。其元件型號、規格、數值如附表1所示。其中L1＝3毫亨，用45＃～49(φ＝0.07～0.03毫米漆包線在高頻磁芯上繞120匝;L2用4～5股(主要為降低阻抗而又有較大電感量)的0.05毫米漆包線在高頻磁芯上繞200匝;L3用φ＝0.8～1毫米的鍍銀銅線繞成空心電感線圈，其外徑為8～10毫米。
圖5是體積電阻測量諧振電路圖，LS是標準電感，取10μH，CX取61Pf，R為直讀電阻表，E為電極夾具。S為試樣。
圖6和圖7分別為試樣的等效串聯迴路和等效並聯迴路。
圖8是電極夾具，圖中1表示導線，2表示電極夾具，尺寸如圖中所示。其中d1＝1，2或3+0.02毫米，或者根據不同形狀試樣需要，加工成各種不同規格。材料為鍍銀紫銅片。
本發明實施容易，只要按照上述電路及元件型號、規格、數值進行安裝、調試製作，便能夠製造出成套高頻無接觸法測量抗靜電橡膠或抗靜電塑料的體積電阻率的測試儀。
附表1(圖3、圖4元件目錄表)
權利要求
1.一種測量抗靜電橡膠或抗靜電塑料的體積電阻或體積電阻率的方法，其特徵在於將被測試樣裝入帶絕緣外衣的導高頻特性的電極夾具中，並在1.5～2兆赫的高頻電場中用高頻無接觸方法測量出諧振迴路品質因素Q值，然後通過以 1/(Q) 值乘以已知常數 1/(ωCX) 值作為儀表刻度值，直接讀得試樣體積電阻RX值；進而把被測試樣的寬度W、厚度d和長度L的尺寸，通過pX= (W·d)/(L) ·RX公式計算出試樣體積電阻率pX。
2.一種用於權項1所述測量方法的高頻無接觸測試儀，其由調節旋扭(1』～3』)、體積電阻Rx或迴路品質因數Q值讀數表(4』)、電極夾具(5』)及包括穩壓電源電路(1)、高頻振蕩電路(2)、電壓放大電路(3)、低阻抗輸出電路(4)、電阻測量諧振電路(5)的電路板組成，其特徵在於具有導高頻特性的帶絕緣外衣的電極夾具(5』)及產生高頻電場的高頻振蕩電路(2)。
3.權項2所述的電極夾具(5』)，其特徵是用紫銅片材料按被測試樣形狀加工成電極夾具並鍍銀，然後用絕緣甲丙塑料溶液塗複數次，使其附上能與試樣高度絕緣的絕緣外衣。
4.權項(2)所述高頻振蕩電路(2)，其特徵在於由高頻小功率電晶體T4(3DG6D)、電位器W1、電容器C5～C9、電阻R6～R8及電感線圖L1共同組成能產生1.5～2兆赫頻率可調的高頻信號之振蕩電路。
專利摘要
本發明是測量抗靜電橡膠、塑料的體積電阻、電阻率的高頻無接觸測量法及測試儀，屬體積電阻、電阻率測量方法及測試儀。
文檔編號G01R27/26GK85106709SQ85106709
公開日1987年7月8日 申請日期1985年9月2日
發明者霍玉雲, 曾憲富, 符史琚, 陳其鼎, 曾慶科 申請人:華南工學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan