Messgerät für Volumen- und Oberflächenwiderstand

Volumenwiderstand und Oberflächenwiderstand sind zwei verschiedene Fehler desselben Materials. Der eine ist ein Werkstoff, der durch seine Dicke leitet; der andere ist eine Oberfläche, die durch Handhabung, Feuchte oder Verunreinigung leitend geworden ist. Ein Gerät, das nur den Isolationswiderstand meldet, kann beide nicht auseinanderhalten.

Produktübersicht

Dies ist ein Tischgerät mit programmierbarer Gleichspannungsquelle und Elektrometereingang, das so aufgebaut ist, dass ein Prüfling in einer Dreielektrodenanordnung auf Volumenwiderstand, Oberflächenwiderstand, Isolationswiderstand oder Leckstrom gemessen werden kann.

Drei Modelle decken unterschiedliche Messtiefen ab. Das kompakte Gerät liest 10 kΩ bis 10 TΩ bei einer unteren Stromgrenze von 10 pA. Die beiden größeren erreichen 100 PΩ und 1 PΩ, mit Stromauflösungen bis 0,1 fA beziehungsweise 0,01 pA. Alle drei legen 0,5 V bis 1000 V an, alle drei haben eine Schutzringklemme und einen abgeschirmten Eingang, und alle drei bieten dieselben fünf Schnittstellen.

Die Handhabung des Prüflings unterscheidet sich in der Praxis am stärksten. Feste Platten kommen in eine Elektrodenbox mit Dreiringelektrode; Flüssigkeiten und Pasten in eine Flüssigkeitselektrode; Folien benötigen unter Umständen eine niedrigere Spannung und eine längere Aufladezeit als die Standardvorgabe.

So arbeitet das Messgerät für Volumen- und Oberflächenwiderstand

Zwischen zwei Elektroden wird eine Gleichspannung angelegt und der fließende Strom gemessen. Für den Volumenwiderstand liegen die Elektroden auf gegenüberliegenden Flächen, der Strom durchläuft die Dicke des Prüflings; für den Oberflächenwiderstand liegen sie auf derselben Fläche, und ein Schutzring fängt den Strom ab, der sonst durch den Körper liefe.

Die Umrechnung in einen spezifischen Widerstand ist Geometrie. Der Volumenwiderstand ist der gemessene Widerstand, multipliziert mit der Elektrodenfläche und geteilt durch die Dicke des Prüflings. Der Oberflächenwiderstand ist der gemessene Widerstand, multipliziert mit einem Faktor aus den Ringabmessungen. Beides wird im Gerät berechnet, weshalb die Elektrodenart gewählt sein muss, bevor die Zahl etwas bedeutet.

Der Schutzringanschluss ist der Teil, der die Oberflächenmessung überhaupt funktionsfähig macht. Verbunden mit einem leitfähigen Ring oder einem Schirm um die Messelektrode, sammelt er den Leckstrom ein und führt ihn zur Quelle zurück, statt ihn zum Messstrom addieren zu lassen. Ohne ihn wandert ein Oberflächenwert an einem feuchten Tag nach oben und kommt nie zur Ruhe.

Lade- und Messzeit gibt es aus demselben Grund. Ein isolierender Prüfling erreicht nicht sofort einen stationären Strom; der Absorptionsstrom fällt Sekunden oder Minuten lang. Das Gerät hält die Spannung für die programmierte Ladezeit, misst anschließend über die programmierte Messzeit und meldet den Wert am Ende.

Auswahl des passenden Messgeräts

Beginnen Sie mit dem höchsten Widerstand, den das Material zeigen kann. Eine übliche Gummimischung liegt bei 10¹² bis 10¹⁴ Ω, was das kompakte Modell abdeckt; eine gute Folie oder ein flüssiges Dielektrikum kann mehrere Dekaden höher liegen, und dafür werden die beiden großen Modelle gebraucht. Der Unterschied zwischen 100 PΩ und 1 PΩ ist der Faktor hundert und zählt nur am oberen Ende des Bereichs.

Danach der kleinste Strom, der noch aufgelöst werden soll. Der Leckstrom durch einen dünnen Prüfling bei niedriger Spannung kann unter einem Pikoampere liegen; das Modell mit 0,1 fA Auflösung kann ihn in vertretbarer Zeit messen, statt zu warten, bis sich die Anzeige auf einen Wert einpendelt, den es nicht auflösen kann.

Danach die Form des Prüflings, weil sie die Elektrode festlegt. Plattenmaterial passt in die Elektrodenbox; Flüssigkeit und Paste in die Flüssigkeitselektrode; ein Prüfling mit ungewöhnlicher Fläche kann einen Sonderring benötigen. Die Elektrode trägt in den meisten Laboren einen größeren Anteil an der Messunsicherheit als das Gerät.

Danach die Spannung, die die Norm verlangt. Alle drei Modelle spannen 0,5 V bis 1000 V, deshalb entscheidet das hier selten zwischen ihnen; die Genauigkeit bei niedriger Spannung weicht jedoch von der bei hoher ab, und eine Prüfung, die bei 10 V geschrieben ist, liegt im weniger genauen Band.

Zuletzt Schnittstelle und Protokoll. Ein Labor braucht die USB-Aufzeichnung und die serielle Verbindung; eine Fertigungslinie braucht den Handler-Ausgang und einen Komparator. Alle drei Modelle führen dieselben fünf Schnittstellen, die Wahl wird dadurch nicht eingeengt.

Messgrenzen und Auswahlhinweise

Der Messwert hängt von der Aufladezeit ab, und die Normen wissen das. Ein Wert ohne Spannung, Zeit und Elektrodengeometrie ist mit nichts vergleichbar; deshalb zeichnet das Gerät alle drei auf.

Die Feuchte beherrscht den Oberflächenwiderstand. Ein Prüfling, der Wasser aus der Luft aufgenommen hat, liest niedrig, und der Wert fällt während der Messung weiter. Die Temperatur- und Feuchteanzeige macht den Zustand sichtbar; sie korrigiert das Ergebnis nicht.

Die Vorbereitung des Prüflings wiegt schwerer als die Genauigkeit des Geräts. Oberflächliche Verunreinigung durch Finger, Trennmittel oder Staub verändert den Oberflächenweg; ein ohne Handschuhe angefasster Prüfling ist nicht derselbe Prüfling. Das Reinigungsverfahren gehört in die Prüfvorschrift und nicht in das Gerät.

Der Schutzring muss richtig angeschlossen sein. Ein nicht verbundener oder an der falschen Fläche liegender Schutzring macht aus einer Oberflächenmessung eine Mischung aus Oberflächen- und Volumenstrom, und das Ergebnis ist plausibel, aber falsch. Das ist der häufigste Aufbaufehler bei diesem Gerätetyp.

Schließlich misst das Gerät eine Stelle an einem Prüfling. Isolierstoffe streuen von Charge zu Charge und über eine Platte hinweg, und ein einzelner Wert ist eine Stichprobe und keine Spezifikation. Anzahl und Konditionierung der Prüflinge gehören zum Prüfplan und nicht zur Geräteauswahl.