Medidor de resistividade volumétrica e superficial para materiais isolantes

Resistividade volumétrica e resistividade superficial são duas falhas diferentes do mesmo material. Uma é um material que conduz através da sua espessura; a outra é uma superfície que se tornou fugitiva pelo manuseio, pela umidade ou pela contaminação. Um medidor que informa apenas a resistência de isolamento não consegue distingui-las.

Visão geral do produto

Este é um instrumento de bancada com uma fonte de tensão contínua programável e uma entrada de eletrômetro, arranjado para que um corpo de prova em um dispositivo de três eletrodos possa ser medido em resistividade volumétrica, resistividade superficial, resistência de isolamento ou corrente de fuga.

Três modelos cobrem profundidades diferentes de medição. O compacto lê de 10 kΩ a 10 TΩ, com fundo de escala de 10 pA na corrente. Os dois maiores chegam a 100 PΩ e 1 PΩ, com resolução de corrente até 0,1 fA e 0,01 pA, respectivamente. Os três aplicam de 0,5 V a 1000 V, os três têm terminal de guarda e entrada blindada, e os três oferecem as mesmas cinco interfaces.

O manuseio do corpo de prova é o que mais difere na prática. Chapas sólidas vão para uma caixa de eletrodos com eletrodo de três anéis; líquidos e pastas vão para um eletrodo para líquidos; filmes podem exigir uma tensão mais baixa e um tempo de eletrificação mais longo do que o padrão da norma.

Como funciona o medidor de resistividade

Uma tensão contínua é aplicada entre dois eletrodos, e a corrente que flui é medida. Para a resistividade volumétrica, os eletrodos ficam em faces opostas, de modo que a corrente atravessa a espessura do corpo de prova; para a resistividade superficial, eles ficam na mesma face, e um anel de guarda intercepta a corrente que de outra forma percorreria o corpo.

A conversão em resistividade é geometria. A resistividade volumétrica é a resistência medida multiplicada pela área dos eletrodos e dividida pela espessura do corpo de prova. A resistividade superficial é a resistência medida multiplicada por um fator definido pelas dimensões do anel. As duas são calculadas dentro do instrumento, e é por isso que o tipo de eletrodo precisa ser selecionado antes de o número significar algo.

O terminal de guarda é a parte que faz a medição superficial funcionar. Conectado a um anel condutor ou a uma blindagem em torno do eletrodo de medição, ele recolhe a corrente de fuga e a devolve à fonte em vez de deixá-la somar-se à corrente medida. Sem ele, uma leitura superficial em um dia úmido sobe e nunca se estabiliza.

Os tempos de carga e de ensaio existem pela mesma razão. Um corpo de prova isolante não alcança uma corrente estável instantaneamente; a corrente de absorção cai por segundos ou minutos. O instrumento mantém a tensão durante o tempo de carga programado, mede ao longo do tempo de ensaio programado e informa o valor ao final.

Como selecionar o medidor de resistividade

Comece pela maior resistência que o material pode apresentar. Um composto de borracha convencional pode ficar entre 10¹² e 10¹⁴ Ω, o que o modelo compacto cobre; um filme bom ou um dielétrico líquido pode ficar várias décadas acima, e é aí que os dois modelos grandes são necessários. A diferença entre 100 PΩ e 1 PΩ é um fator de cem, e só importa no topo da faixa.

Depois, a menor corrente a resolver. A fuga através de um corpo de prova fino em baixa tensão pode ficar abaixo de um picoampère, e o modelo que resolve 0,1 fA é o que consegue medi-la em um tempo razoável, em vez de esperar que o display se estabilize em um número que ele não resolve.

Depois, a forma do corpo de prova, porque ela define o eletrodo. Material em chapa se adapta à caixa de eletrodos; líquido e pasta se adaptam ao eletrodo para líquidos; um corpo de prova com área incomum pode precisar de um anel sob medida. O eletrodo representa uma parcela maior da incerteza de medição do que o instrumento na maioria dos laboratórios.

Depois, a tensão que a norma exige. Os três modelos cobrem de 0,5 V a 1000 V, de modo que isso raramente escolhe entre eles, mas a exatidão em baixa tensão difere da exatidão em alta tensão, e um ensaio escrito em 10 V fica na faixa menos exata.

Por fim, a interface e o registro. Um laboratório precisa do registro em USB e do link serial; uma linha de produção precisa da saída HANDLER e de um comparador. Os três modelos têm as mesmas cinco interfaces, de modo que isso não restringe a escolha.

Limites de medição e critérios de seleção

A leitura depende do tempo de eletrificação, e as normas sabem disso. Um valor informado sem a tensão, o tempo e a geometria dos eletrodos não é comparável com nada, e é por isso que o instrumento registra os três.

A umidade domina a resistividade superficial. Um corpo de prova que absorveu água do ar lê baixo, e a leitura continua caindo enquanto é medida. O display de temperatura e umidade existe para tornar a condição visível; ele não corrige o resultado.

A preparação do corpo de prova importa mais do que a exatidão do instrumento. A contaminação superficial por dedos, agentes desmoldantes ou pó altera o caminho superficial; um corpo de prova manuseado sem luvas não é o mesmo corpo de prova. O procedimento de limpeza pertence ao método de ensaio, e não ao instrumento.

A conexão de guarda precisa estar correta. Um anel de guarda não conectado, ou conectado à face errada, transforma uma medição superficial em uma mistura de corrente superficial e volumétrica, e o resultado é plausível, mas errado. Esse é o erro de montagem mais comum nesse tipo de instrumento.

Por fim, o instrumento mede um ponto em um corpo de prova. Materiais isolantes variam de lote para lote e ao longo de uma chapa, e uma única leitura é uma amostra, não uma especificação. O número de corpos de prova e o seu condicionamento fazem parte do plano de ensaio, e não da escolha do instrumento.