一、 耐电压测试仪
耐电压测试仪又叫电气绝缘强度试验仪或叫介质强度测试仪。将一规定交流或直流高压施加在电器带电部分和非带电部分(一般为外壳)之间以检查电器的绝缘材料所能承受耐压能力的试验。电器在长期工作中,不仅要承受额定工作电压的作用,还要承受操作过程中引起短时间的高于额定工作电压的过电压作用(过电压值可能会高于额定工作电压值的好几倍)。在这些电压的作用下,电气绝缘材料的内部结构将发生变化。当过电压强度达到某一定值时,就会使材料的绝缘击穿,电器将不能正常运行,操作者就可能触电,危及人身安全。 1、耐电压测试仪结构及组成 (1)升压部分 调压变压器、升压变压器及升压部分电源接通及切断开关组成。 220V电压通过接通,切断开关加到调压变压器上调压变压器输出连接升压变压器。用户只需调节调压器就可以控制升压变压器的输出电压。 (2)控制部分 电流取样,时间电路、报警电路组成。控制部分当收到启动信号,仪器立即在接通升压部分电源。当收到被测回路电流超过设定值及发出声光报警立即切断升压回路电源。当收到复位或者时间到信号后切断升压回路电源。 (3)显示电路 显示器显示升压变压器输出电压值。显示由电流取样部分的电流值,及时间电路的时间值一般为倒计时。 (4)以上是传统的耐电压试验仪的结构组成。随着电子技术及单片,计算机技术飞速发展;程控耐电压测试仪这几年也发展很快,程控耐压仪与传统的耐压仪不同之处主要是升压部分。程控耐压仪高压升压不是通过市电由调压器来调节,而是通过单片计算机控制产生一个50Hz或60Hz的正弦波信号再通过功率放大电路进行放大升压,输出电压值也由单片计算机进行控制,其它部分原理与传统耐压仪差别不大。 2、耐电压测试仪的选用 选用耐压仪较为重要的是2个指标,最大输出电压值及最大报警电流值一定要大于你所需要的电压值和报警电流值。一般被试产品标准中规定了施加高压值及报警判定电流值。如果施加的电压越高,报警判定电流越大,那么需要耐压仪升压变压器功率就越大,一般耐压仪升压变压器功率有0.2kVA、0.5kVA、1kVA、2kVA、3kVA等。最高电压可以到几万伏。最大报警电流500mA-1000mA等。所以在选择耐压仪时一定要注意这2个指标。功率选太大就会造成浪费,选的太小耐压试验不能正确判断合格与否。根据IEC414或(GB6738-86)中规定选择耐压仪的功率方法,我们认为是比较科学的。“首先将耐压仪的输出电压调到规定值的50%,然后接上被试品,当观测到的电压降小于该电压值的10%时,则认为耐压仪的功率是足够的。”也就是如果某一产品的耐压试验的电压值为3000伏,先把耐压仪的输出电压调到1500伏后接上被试品,如果此时耐压仪输出电压下降的值不大于150伏,那么耐压仪的功率是足够的。被试品的带电部分与外壳之间存在分布电容。电容存在一个CX容抗,当一个交流电压施加在这CX电容两端就会引成一个电流。 这个电流的大小与CX电容的容量成正比与施加的电压值成正比,当这个电流大到或超过耐压仪最大输出电流时,这台耐压仪就不能正确判别试验合格与否。 二、绝缘电阻测试仪 电器产品的绝缘性能是评价其绝缘好坏的重要标志之一,它通过绝缘电阻反映出来。 我们测定产品的绝缘电阻,是指带电部分与外露非带电金属部分(外壳)之间的绝缘电阻,按不同的产品,施加一直流高压,如100V、250V、500V、1000V等,规定一个最低的绝缘电阻值。有的标准规定每kV电压,绝缘电阻不小于1MΩ等。目前在家用电器产品标准中,通常只规定热态绝缘电阻,而不规定常态条件下的绝缘电阻值,常态条件下的绝缘电阻值由企业标准中自行制定。如果常态绝缘电阻值低,说明绝缘结构中可能存在某种隐患或受损。如电机绕组对外壳的绝缘电阻低,可能是在嵌线时绕组的均线槽绝缘受到损伤所致。在使用电器时,由于突然上电或切断电源或其它缘故,电路产生过电压,在绝缘受损处产生击穿,造成对人身的安全或威胁。 1、绝缘电阻表的结构及组成 绝缘电阻表又称兆欧表、摇表、梅格表。绝缘电阻表主要由三部分组成。第一是直流高压发生器,用以产生一直流高压。第二是测量回路。第三是显示。 (1)直流高压发生器 测量绝缘电阻必须在测量端施加一高压,此高压值在绝缘电阻表国标中规定为50V、100V、250V、500V、1000V、2500V、5000V… 直流高压的产生一般有三种方法。第一种手摇发电机式。目前我国生产的兆欧表约80%是采用这种方法(摇表名称来源)。第二种是通过市电变压器升压,整流得到直流高压。一般市电式兆欧表采用的方法。第三种是利用晶体管振荡式或专用脉宽调制电路来产生直流高压,一般电池式和市电式的绝缘电阻表采用的方法。 (2)测量回路 在前面讲的摇表(兆欧表)中测量回路和显示部分的合二为一的。它是有一个流比计表头来完成的,这个表头中有两个夹角为60°(左右)的线圈组成,其中一个线圈是并在电压两端的,另一线圈是串在测量回路中的。表头指针的偏转角度决定于两个线圈中的电流比,不同的偏转角度代表不同的阻值,测量阻值越小串在测量回路中的线圈电流就越大,那么指针偏转的角度越大。另一个方法是用线性电流表作为测量和显示。前面用到的流比计表头中由于线圈中的磁场是非均匀的,当指针在无穷 大处,电流线圈正好在磁通密度较强的地方,所以尽管被测电阻很大,流过电流线圈电流很少,此时线圈的偏转角度会较大。当被测电阻较小或为0时,流过电流线圈的电流较大,线圈已偏转到磁通密度较小的地方,由此引起的偏转角度也不会很大。这样就达到了非线性的矫正。一般兆欧表表头的阻值显示需要跨几个数量级。但当用线性电流表头直接串入测量回路中就不行了,在高阻值时的刻度全部挤在一起,无法分辨,为了也要达到非线性矫正就必须在测量回路中加入非线性元件。从而达到在小电阻值时产生分流作用。在高电阻时不产生分流,从而使阻值显示达到几个数量级。随着电子技术及计算机技术的发展,数显表逐步取代指针式仪表。 绝缘电阻数字化测量技术也得到了发展,其中压比计电路就是其中一个较好测量电路,压比计电路是由电压桥路和测量桥路组成。这两个桥路输出的信号分别通过A/D转换再通过单片机处理直接转换成数字值显示。 2、绝缘电阻表的选用 选用绝缘电阻表主要是测量电压值,另一个是需要测量的范围,是否能满足需要。如测量很频繁可以选带有报警设定功能。概述BEST-300C型材料电导率测试仪是运用四探针测量原理测试试导体、半导体材料电阻率/方阻的多用途综合测量仪器。该仪器设计符合单晶硅物理测试方法国家标准并参考美国 A.S.T.M 标准。
仪器成套组成:由主机、选配的四探针探头和测试台等三部分组成。
主机主要由数控恒流源,高分辨率ADC、嵌入式单片机系统组成。自动/手动量程可选;电阻率、方阻、电阻测试类别快捷切换:仪器所有参数设定、功能转换全部采用数字化键盘输入,简便可靠;具有零位、满度自校功能;测试结果由数字表头直接显示。本测试仪采用可充电锂电池供电,适合手持式变动场合操作使用!
探头选配:根据不同材料特性需要,探头可有多款选配。有高耐磨碳化钨探针探头,以测试硅类半导体、金属、导电塑料类等硬质材料的电阻率/方阻;也有球形镀金铜合金探针探头,可测柔性材料导电薄膜、金属涂层或薄膜、陶瓷或玻璃等基底上导电膜(ITO膜)或纳米涂层等半导体材料的电阻率/方阻。换上四端子测试夹具,还可对电阻器体电阻、金属导体的低、中值电阻以及开关类接触电阻进行测量。配专用探头,也可测试电池极片等箔上涂层电阻率方阻。
仪器具有测量范围宽、精度高、灵敏度高、稳定性好、智能化程度高、外形美观、使用简便等特点。
仪器适用于半导体材料厂器件厂、科研单位、高等院校对导体、半导体、类半导体材料的导电性能的测试。
技术参数测量范围、分辨率(括号内为拓展量程,可定制)
电阻:10.0×10-6 ~ 200.0×103Ω, 分辨率1.0×10-6 ~ 0.1×103 Ω
(1.0×10-6 ~ 20.00×103Ω, 分辨率0.1×10-6 ~ 0.01×103 Ω)
电阻率:10.0×10-6 ~ 200.0×103 Ω-cm 分辨率1.0×10-6 ~ 0.1×103 Ω-cm
(1.0×10-6 ~ 20.00×103 Ω-cm 分辨率0.1×10-6 ~ 0.01×103 Ω-cm)
方块电阻:50.0×10-6 ~ 1.0×106 Ω/□分辨率5.0×10-6 ~ 0.5×103 Ω/□
(5.0×10-6 ~ 100.0×103 Ω/□ 分辨率0.5×10-6 ~ 0.1×103 Ω/□)
材料尺寸(由选配测试台和测试方式决定)
直径:SZT-A圆测试台直接测试方式 Φ15~130mm,手持方式不限
SZT-B/C/F方测试台直接测试方式180mm×180mm,手持方式不限.
长(高)度: 测试台直接测试方式 H≤100mm, 手持方式不限.
数字电压表:
量程: 20.00mV
误差:±0.2%FSB±2LSB
大分辨力:1.0μV
显示: 4位数字显示,小数点自动显示
数控恒流源
电流输出:直流电流0.1μA~1.0A,系统自动调整。
误差:±0.2%FSB±2LSB
四探针测试探头:
有选配的型号确定,详见《不同半导体材料电阻率/方阻测试的四探针探头和测试台选配方法》
电源:功 耗:< 15W,输入:220V±10% 50Hz±2%
本仪器工作条件为:
温度: 0-40℃
相对湿度: ≥60%
工作室内应无强电磁场干扰,不与高频设备共用电源。
外形尺寸:
主机 245mm(长)×220 mm(宽)×95mm(高)
电阻率:当某种材料截成正方体时,平行对面间的电阻值只与材料的类别有关,而与正方形边长无关,这种单位体积的阻值可反映材料的导电特性,称为电阻率(体电阻率),记为:ρ,标准单位:Ω-m,常用单位Ω-cm.
方块电阻:薄膜类导体、半导体材料截成薄层正方形时,平行对边间的电阻值只与材料的类别(电阻率)和厚度有关,而与正方形边长无关,这种单位面积的对边间的阻值可反映薄膜的导电特性和厚度信息,称为方块电阻,简称方阻。记为:R□,标准单位:Ω/□
BEST-300C测试仪能够测量半导体材料体电阻率ρ、方块电阻(薄片电阻率)R口以及体电阻R,测量时需调整相应的修正系数和选择相应的功能。
本产品不但提供了电阻率ρ、方块电阻R口以及体电阻R测试的基本修正系数设定,还提供了产品厚度G、外形和测试位置的修正系数D设定,极大的提高了测试精度。测试类别的快捷选择方式,方便了用户同时测试多个参数,提高测试效率。
操作概述:
测试准备:
对于电阻器类样品,用四端子测试线按照图5-1连接好样品,对于半导体材料,测试前表面应进行必要的处理。如图5-2,对于硅材料要进行喷砂或清洁处理,对于薄膜类的要保持表面清洁,必要的要进行清洁。样品放在平整的台面上。将测试探头的插头与主机的输入插座连接起来,连接好探头和主机。将电源开关置于开启位置,数字显示亮。仪器醉好预热15分钟以上,增加读数稳定性。
测量数据
在设定模式下(设定完毕,保存好数据后),选择测量类别(电阻率ρ、方块电阻(薄片电阻率)R口或体电阻R中三选一,切换仪器到“测量”模式,窗口左侧“测量”模式灯亮。电阻测量,注意良好接触,电压测试端在内侧;半导体参数测试,将探针与样品良好接触,注意压力要适中;由数字显示窗直接读出测量值。
注意!测量状态中,电流量程默认为自动方式,也可调整为手动方式,手动方式下,电流量程适合的,仪器会稳定显示数据,电流量程不适合的会给出超量程或欠量程闪烁提示,对于超量程,说明电流过大,要调到较小电流档;对于欠量程,说明电流过小,要调到较大电流档。
设定修正系数注意事项:参照表5.1和附表1和附表2
电阻测量:
设定R=1.000。,其他可以忽略。只读结果。
棒状、块状样品电阻率测量,符合半无穷大的边界条件:
设定电阻率基本系数C,参照表5.1, 厚度修正G=1.000,形状位置修正D=1.000,只读结果。
薄片电阻率测量:
当薄片厚度与针距比W/S>0.5时, 设定电阻率基本系数C,参照表5.1,厚度修正G<1.000,形状位置修正D<1.000,具体值G(W/S)和D(d/S)要查附表1和附表2,只读结果。
当薄片厚度与针距比W/S<0.5时,可以先测方阻,再人工计算厚度和位置形状修正。
电阻率ρ=R口×W×D(d/S),式中W:样品厚度(cm), D(d/S)查附表2。
方块电阻测量:
设定电阻率基本系数□:,参照表5.1,厚度修正G忽略,形状位置修正D<1.000, D(d/S)要查附表2,只读结果。
数据输入规则说明及示例
修正系数
在半导体类电阻率或方阻测试中,如果修正系数计算值远小于1,为了显示读取更多有效数字,数据输入可采用准科学记数法,即有效数字取0.100≤X≤1.000,指数(单位)取值10-3~103。