مقياس المقاومية الحجمية والسطحية للمواد العازلة

المقاومية الحجمية والمقاومية السطحية عطلان مختلفان في المادة نفسها. أحدهما مادة تنقل عبر سماكتها؛ والآخر سطح صار مسرِّبًا من المناولة أو الرطوبة أو التلوّث. والمقياس الذي يبلّغ مقاومة العزل وحدها لا يفرّق بينهما.

نظرة عامة على المنتج

هذا جهاز منضدي بمصدر جهد مستمر مبرمج ومدخل إلكترومتري، مرتَّب بحيث تُقاس عيّنة في حاملة ثلاثية الأقطاب للمقاومية الحجمية أو السطحية أو مقاومة العزل أو تيار التسرب.

وثلاثة طرازات تغطّي أعماق قياس مختلفة. فالمدمج يقرأ من 10 kΩ إلى 10 TΩ بطرف أدنى للتيار عند 10 pA. والكبيران يبلغان 100 PΩ و1 PΩ، بتمييز تيار يبلغ 0,1 fA و0,01 pA على الترتيب. والثلاثة تطبّق من 0,5 V إلى 1000 V، ولها جميعًا طرف حماية ومدخل محجوب، وتقدّم الواجهات الخمس نفسها.

ومناولة العيّنة هي أكثر ما يختلف عمليًا. فالصفائح الصلبة تدخل حاملة أقطاب بقطب ثلاثي الحلقات؛ والسوائل والمعاجين تدخل قطبًا للسائل؛ والأغشية قد تحتاج جهدًا أدنى وزمن كهربة أطول من الافتراضي في المعيار.

كيف يعمل مقياس المقاومية الحجمية والسطحية

يُطبَّق جهد مستمر بين قطبين، ويُقاس التيار المارّ. وللمقاومية الحجمية يكون القطبان على وجهين متقابلين، فيمرّ التيار عبر سماكة العيّنة؛ وللمقاومية السطحية يكونان على الوجه نفسه، وتحجب حلقة الحماية التيار الذي كان سيسري عبر الجسم.

والتحويل إلى مقاومية هندسة. فالمقاومية الحجمية هي المقاومة المقيسة مضروبة في مساحة القطب ومقسومة على سماكة العيّنة. والمقاومية السطحية هي المقاومة المقيسة مضروبة في عامل تحدّده أبعاد الحلقة. والاثنتان تُحتسبان داخل الجهاز، ولهذا يجب اختيار نوع القطب قبل أن يعني الرقم شيئًا.

وطرف الحماية هو ما يجعل قياس السطح يعمل. فموصولًا بحلقة موصِلة أو حاجز حول قطب القياس، يجمع تيار التسرّب ويعيده إلى المصدر بدل أن يتركه يُضاف إلى التيار المقيس. وبلا هذا الطرف تنزاح قراءة السطح في يوم رطب إلى أعلى ولا تستقرّ.

وزمن الشحن وزمن الاختبار موجودان للسبب نفسه. فالعيّنة العازلة لا تبلغ تيارًا مستقرًّا فورًا؛ فتيار الامتصاص يهبط ثوانيَ أو دقائق. ويُبقي الجهاز الجهد مدة الشحن المبرمجة، ثم يقيس خلال مدة الاختبار المبرمجة، ويبلّغ القيمة في النهاية.

كيف تختار المقياس المناسب

ابدأ بأعلى مقاومة قد تُظهرها المادة. فمركّب مطاطي تقليدي قد يقع عند 10¹² إلى 10¹⁴ Ω، وهو ما يغطّيه الطراز المدمج؛ وغشاء جيد أو عازل سائل قد يقع أعلى بعدة عقود، وهنا يلزم الطرازان الكبيران. والفرق بين 100 PΩ و1 PΩ معامل مئة، ولا يهمّ إلا في أعلى المدى.

ثم أدنى تيار يجب تمييزه. فالتسرّب عبر عيّنة رقيقة عند جهد منخفض قد يكون دون البيكوأمبير، والطراز الذي يميّز 0,1 fA هو الذي يقيسه في زمن معقول بدل انتظار الشاشة لتستقرّ على رقم لا يميّزه.

ثم شكل العيّنة، لأنه يحدّد القطب. فمادة الصفائح تناسب حاملة الأقطاب؛ والسائل والمعجون يناسبان قطب السائل؛ والعيّنة ذات المساحة غير المعتادة قد تحتاج حلقة مخصصة. والقطب حصة أكبر من عدم اليقين في القياس من الجهاز في معظم المختبرات.

ثم الجهد الذي يطلبه المعيار. فالطرازات الثلاثة تغطّي من 0,5 V إلى 1000 V، ولهذا قلّما يحسم هذا الاختيار بينها، لكن الدقة عند الجهد المنخفض تختلف عن الدقة عند الجهد العالي، واختبار مكتوب عند 10 V يقع في النطاق الأقل دقة.

وأخيرًا الواجهة والسجل. فالمختبر يحتاج تسجيل USB والوصلة التسلسلية؛ وخطّ الإنتاج يحتاج خرج المناولة ومقارنًا. والطرازات الثلاثة تحمل الواجهات الخمس نفسها، فذلك لا يضيّق الاختيار.

حدود القياس واعتبارات الاختيار

تعتمد القراءة على زمن الكهربة، والمعايير تعرف ذلك. فقيمة تُنقل بلا جهد ولا زمن ولا هندسة أقطاب لا تُقارن بشيء، ولهذا يسجّل الجهاز الثلاثة.

والرطوبة تهيمن على المقاومية السطحية. فالعيّنة التي امتصّت ماءً من الهواء تُقرأ منخفضة، وتظلّ القراءة هابطة أثناء القياس. وشاشة الحرارة والرطوبة موجودة ليجعل الشرط مرئيًا؛ وهي لا تصحّح النتيجة.

وتحضير العيّنة يهمّ أكثر من دقة الجهاز. فالتلوّث السطحي من الأصابع أو عوامل الطلاق أو الغبار يغيّر المسار السطحي؛ والعيّنة التي نُوولت بلا قفّازات ليست العيّنة نفسها. وإجراء التنظيف مكانه في طريقة الاختبار لا في الجهاز.

ووصلة الحماية يجب أن تكون صحيحة. فحلقة حماية غير موصولة، أو موصولة بالوجه الخطأ، تحوّل قياس السطح إلى خليط من تيار السطح وتيار الحجم، والنتيجة معقولة لكنها خاطئة. وهذا هو خطأ التركيب الأكثر شيوعًا في هذا النوع من الأجهزة.

وأخيرًا، الجهاز يقيس موضعًا واحدًا على عيّنة واحدة. فالمواد العازلة تتفاوت من دفعة إلى دفعة وعبر الصفيحة، والقراءة الواحدة عيّنة لا مواصفة. وعدد العيّنات وظروف تكييفها جزء من خطة الاختبار لا من اختيار الجهاز.