标准介绍：

ASTM D257-2014

绝缘材料直流电阻或电导的标准试验方法

Standard Test Methods for DC Resistance or Conductance of Insulating Materials

绝缘材料直流电阻或电导的标准试验方法¹

本标准是以固定代号D257发布的。其后的数字表示原文本正式通过的年号；在有修订的情况下，为上一次的修订年号；圆括号中数字为上一次重新确认的年号。上标符号（ε）表示对上次修改或重新确定的版本有编辑上的修改。
　　　　本标准经批准用于国防部所有机构。
1.　范围
1.1 本试验方法包含直流绝缘电阻，体积电阻和表面电阻的测量所用直流程序。通过该测量及样本和电极的几何尺寸，可以计算出电绝缘材料的体积电阻和表面电阻，同时还可以计算出相应的电导和电导率。

1.2 这些试验方法不适用于测量中等导电材料的电阻/电导。这些材料评估可采用试验方法D4496。

1.3 本标准描述了几种可选择的测量电阻（或电导）的普通备用方法。特殊材料科采用合适的标准ASTM试验方法进行测试，这些特殊材料具有电压应力范围和有限起电时间，同时规定了样本结构和电极几何形状。这些个别特殊试验方法将能更好得定义测量值的精度和偏差。

1.4 本标准并没有完全列举所有的安全声明，如果有必要，根据实际使用情况进行斟酌。使用本规范前，使用者有责任制定符合安全和健康要求的条例和规范，并明确该规范的使用范围。

2.　引用文件
2.1 ASTM标准：²
　　　　D150　　固体电绝缘材料的（恒定电介质）的交流损耗特性和介电常数的测试方法

D374　　固体电绝缘材料厚度的标准试验方法（2013年撤消）³

D1169　　电绝缘液电阻率(电阻系数)试验方法

D1711　　电绝缘相关术语

D4496　　中等导电材料直流电阻或电导的标准试验方法

D5032　　用饱和甘油溶液方式维持恒定相对湿度的规程

D6054　　测试用电工绝缘材料的调节规程（2012年撤消）³

E104　　　用水溶液保持恒定相对湿度的规程

3. 术语

3.1　定义：

3.1.1　以下定义直接来自术语标准D1711，适用于本标准正文所用术语。

3.1.2　绝缘电导，名词——当直流电压施加到两个电极上，两个电极（在样本上或样本内）之间的总体积和表面电流的比值。

3.1.2.1　讨论——绝缘电导是绝缘电阻的倒数。

3.1.3　表面电导，名词——当直流电压施加到两个电极上，两个电极（在样本上表面）之间的电流的比值。

3.1.3.1　讨论——（实际测量不可避免地要包含某些体积电导）表面电导是表面电阻的倒数。

3.1.4　体积电导，名词——当直流电压施加到两个电极上，两个电极（在样本上或样本内）之间的某个样本体积的电流的比值。

3.1.4.1　讨论——体积电导是体积电阻的倒数。

3.1.5　表面电导，名词——表面电导率乘以样本表面尺寸（电极之间的距离除以电极宽度定义为电流通路）的比值，该比值可变换为获得的测量电导，如果在正方形的反面形成电极的话。

3.1.5.1　讨论——表面电导用西门子表示。通常用西门子/平方（平方值大小是不重要的）来表示。表面电导是表面电阻的倒数。

3.1.6　体积电导，名词——体积电导乘以样本体积尺寸的比值（即电极之间距离除以电极的横截面面积），该值可通过获得电导转化为测量电导，如果在单位立方体的反面形成电极的话。

3.1.6.1 讨论——体积电导通常用西门子/厘米或西门子/米来表示，也是体积电阻的倒数。

3.1.7　中等导电的，形容词——描述了固体材料的体积电阻在1到10000000Ω-cm之间。

3.1.8　绝缘电阻（R_i），名词——施加到两个电极（样本上或样本内）总体积的直流电压与电极间表面电流的比值。

3.1.8.1　讨论——绝缘电阻是绝缘电导的倒数。

3.1.9　表面电阻（R_S），名词——施加到两个电极（样本表面）的直流电压与电极间电流的比值。

3.1.9.1　讨论——（在实际测量时不可避免地包含某些体积电阻）表面电阻是表面电导的倒数。

3.1.10　体积电阻（R_V），名词——施加到两个电极（样本上或里面）的直流电压与电极间样本体积上的电流的比值。

3.1.10.1　讨论——体积电阻是体积电导的倒数。

3.1.11　表面电阻，（ρ_s），名词——表面电阻率乘以样本表面尺寸的比值（电极宽度定义为电流通路除以电极间的距离），该值能转化为获得的测量电阻，如果在正方形反面形成电极的话。

3.1.11.1 讨论——表面电阻用欧姆表示。通常也可用欧姆/平方来表示（平方值大小是不重要的）。表面电阻是表面电导的倒数。

3.1.12　体积电阻，（ρ_v），名词——体积电阻率乘以样本体积尺寸的比值（电极间样本的横截面面积除以电极间的距离），该值能转化为获得电阻的测量电阻，如果在单位立方体的反面形成电极的话。

3.1.12.1 讨论——体积电阻通常用欧姆-厘米（优选）或欧姆-米来表示。体积电阻是体积电导的倒数。

4. 试验方法的摘要

4.1　材料样本或电容器的电阻或电导通过在规定条件下测量电流或电压下降而得出。通过使用合适的电极体系，可分别测量表面和体积电阻或电导。当要求的样本和电极尺寸已知时，此时可以计算出电阻或电导。

5. 重要性和用途

5.1　绝缘材料用于电子系统彼此和与地面之间隔离，该材料能提供零部件的机械支撑。由于此用途，通常要求具有尽可能高的绝缘电阻，以与可接受的机械、化学和耐热性能*。因为绝缘电阻或电导组合了体积和表面电阻或电导，当实际使用时，要求试验样本和电有相同的形式，此时的测量值是非常有用的。表面电阻或电导随着湿度发生快速变化，然而体积电阻或电导则稍微变化，尽管总的变化在一些变化可能更大。

5.2　电阻或电导可用于间接预测某些材料的低频率电介质击穿和损耗因数性能。电阻或电导通常作为湿度含量，固化程度，机械连续性或不同类型老化的间接测量方式。这些间接测量的效用取决于通过理论或经验研究确立的相关度。表面电阻的降低可导致因为电场强度降低而发生电介质击穿电压的增加，或者由于应力面积的增加而发生电介质击穿电压的降低。

5.3　所有的电介质电阻或电导都取决于电化时间长短和施加的电压值（除了普通的环境变量之外）。这些因素必须已知，同时报告，以使得电阻或电导测量值有意义。在电绝缘材料工业中，形容词“表观”通常适用于在任意选择电化时间条件下获得的电阻值。见X1.4。

5.4 体积电阻或电导可通过在特定应用场合设计某个绝缘体使用的电阻和尺寸数据计算得出。研究已经表明电阻或电导随着温度和湿度的变化而变化（1,2,3,4）⁴，同时在设计工作条件时，必须已知这种变化。体积电阻或电导测量值通常用于检查绝缘材料的均匀性，或者对于加工，可探测影响材料质量的导电杂质，而这不容易通过其它方法观察到。

5.5 体积电阻超过10²¹Ω·cm(10¹⁹Ω·cm)时，样本在普通实验室条件测试获得的数值计算得出体积电阻，如果结果确实可疑，则应考虑通常使用的测量设备的局限性。

5.6　表面电阻或电导不能准确测量，只能近似测量，因为体积电阻或电导总是受到测量方法的影响。测量值还受到表面污染的影响。表面污染及其积聚速度受到许多因素的影响，包括静电充电和界面张力。这些因素反过来可以影响表面电阻。当包括污染，但是在通常常识下判断不是电绝缘材料的材料性能时，此时表面电阻或电导可视为与材料性能相关。

6. 电极系统

6.1　绝缘材料的电极将允许亲密接触样本表面，同时不会由于电极电阻或样本的污染（5）而引入相当可观的误差。电极材料应在试验条件下能耐腐蚀。当对制造样本进行测试时，例如连接衬套，线缆等等，采用的电极作为样本或其装配组件的一部分。在这类场合，绝缘电阻或电导的测量值此时包括电极或安装材料的污染影响，同时在实际使用时通常与样本性能有关。

³括号里的粗体数字参阅这些试验方法附属的参考文献清单。

图1 　接线柱电极（用于扁平固体样本）

6.1.1　接线柱和锥形销电极，图1和图2，提供了一种施加电压到刚性绝缘材料的方法，以允许评估材料的电阻或电导性能。这些电极尝试模拟实际使用条件，例如仪器面板和接线板上的接线柱。当层压绝缘材料具有高树脂含量表面时，锥形销电极与接线柱电极相比，由于其能更加亲密接触绝缘材料实体上，可以获得稍微较低点的绝缘电阻值。获得的电阻或电导值高度受到每个销子与电介质材料的独立接触，销子的表面粗糙度和电介质材料中孔的光洁度的影响。不同样本很难获得再现性的试验结果。

A.　厚板样本

B.　管状样本

C.　条状样本

使用普拉特&惠特尼No.3锥形销

图2 　锥形销电极

6.1.2　图3试验装置的金属棒主要设计用于评估挠性带状薄固体样本的绝缘电阻或电导，可作为电学质量控制的一种简单简易的方式。当绝缘材料的宽度比其厚度大很多时，该装置在能更满意获得表面电阻或电导的近似值。

6.1.3　银色漆，图4，图5和图6，在商业用途通常具有到高电导性能，银色漆有空气干燥或低温烘烤型两个品种，其具有足够的孔隙，以允许湿气在银色漆之间扩散，因此在施加电极之后，允许对试验样本进行状态调节。在研究耐湿度影响和温度变化的影响时，这是一个特别有用的特征，然而，在将电导漆作为电极材料之前，应确保漆中的溶剂不会侵蚀材料，以改变材料的电性能。用细毛刷可获得相当光滑的保护电极边缘。然而，对于圆盘状电极，当使用刻度圆规和银色漆绘制电极的轮廓圆，同时用刷子充满封闭区域时，可以获得更加尖锐的边缘。

6.1.4　可以使用图4，图5和图6所示的喷涂金属，如果试验样本可以获得满意的附着力性能。薄喷涂电极在漆膜尽可能快的涂覆方面具有特殊优点。

6.1.5　在6.1.4给定的相同条件下，可以使用蒸镀金属。

6.1.6 图4所示的金属箔可以作为电极作用到样本表面上。电介质电阻或电导研究所用金属箔的厚度范围为6~80μm。铅或锡箔是较常用的箔，这些物质通过较小数量的凡士林、硅润脂，油或其它合适材料作为粘合剂使得箔附着在试验样本上。这类电极应施加足够的平稳压力以排除所有皱褶，同时清除箔边缘周围过量的粘合剂，此处可以通过清洗手巾纸来擦拭过量的粘合剂。一种非常有效的方法是使用一台硬的窄滚压机（宽度为10-15mm），同时向外滚压表面，直到箔上没有可见的压印痕迹。只有样本具有非常平的表面，本技术才可以满足使用需求。粘合剂薄膜应小心地降低到2.5μm。由于该薄膜与样本相关连，它将总是导致测量电阻值太高。对于厚度＜250μm的较低电阻样本，该误差可能变得极大。同时，硬滚压机可用力将尖锐粒子压入或穿过薄膜（50μm）。箔电极没有气孔，在电极作用之后将不允许对试验样本进行状态调节。粘合剂可在高温下丧失其有效性，迫使有必要在压力下使用扁平金属支撑板。在合适切割设备帮助下，可能从某个电极切割成合适宽度的条带，以形成被保护电极和保护电极。该三接线柱样本通常不能用于表面电阻或电导测量，因为油脂残留在间隙表面。

6.1.7 如图4所示，水中或其它合适装置中分散的胶体石墨可用于刷洗无孔薄板绝缘材料，以形成空气干燥电极。只有满足以下所有的条件，才推荐使用该电极材料：

6.1.7.1　待测试的材料必须接受一层石墨涂层，该涂层在测试之前将不会发生脱落。

6.1.7.2　正在测试的材料必须不能轻易吸收水。

6.1.7.3　状态调节必须在干燥气氛（规程D 6054，步骤B）中进行，同时应在相同气氛中进行测量。

6.1.8　液态金属电极能给出满意的结果，同时可作为一种备用方法来使得与样达到必要的接触，以有效地进行电阻测量。上端电极形成的液态金属应受到不锈钢环形件的限制，每个环形件应通过在远离液态金属的侧上磨斜边的方式来让其较低的边缘缩减至形成一个锐边缘。图7和图8显示了两种可能的电极布置方式。

6.1.9 图4的金属平板（被保护的）可在室温和高温下用于测试挠性和压缩材料。对条带来说，该金属平板应为圆形或矩形。

6.1.9.1　在某些电池设计中采用观察到金属平板电极体系变化来测量油脂或填充化合物。该电池预先装配，然后待测试材料添加到固定电极之间的电池中或电极以预定电极间距强制压入材料中。由于这些电池中电极形状的原因，使得难于测量有效电极区域和电极之间的距离。每个电池常数K（等于表1的A/t因子）可通过下式获得：

　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

式中：

K单位为厘米；

C单位为皮法拉，指的是以空气为电介质的电极体系电容。C的测量方法见试验方法D150。

6.1.10如图4所示，导电橡胶已经用作为电极材料。导电橡胶材料必须采用合适的板子作为衬里，同时必须足够软，以使得当施加适当压力时，可与样本获得有效接触。

注1：有证据表明采用导电橡胶电极获得电导值总是小于（20～70%）采用锡箔电极获得的值（6）。当订单对数值精度有要求时，这些接触误差可以忽略，一套适当设计的导电橡胶电极可提供一种快速方式来测量电导和电阻。

6.1.11 在测试导线和线缆的绝缘性时，水可用作为一个电极。样本两端必须远离水，同时其长度应使得可以忽略沿着绝缘材料的泄漏。当有必要在样本每一端使用保护时，参考特定的导线和线缆试验方法。当用于标准化时，要求在水中添加氯化钠以使得氯化钠浓度为1.0～1.1%NaCl，以确保获得适当的电导。在温度达到大约100℃进行测量证明是可行的。

图3 　条带和扁平固体样本的带状电极

图4 　体积和表面电阻或电导测量用扁平样本

图5 　体积和表面电阻或电导测量用管状样本

　A-厚板样本

B—管子或条料样本

图6　　涂导电漆膜电极

图7 　扁平固体样本用液体金属电极

图8 　薄片状材料用液体金属电池

7.　装置和试验方法的选择

7.1 电源——要求采用稳定的直流电压电源（见X1.7.3）。蓄电池或其它稳定直流电压电源已经证明适用于该用途。

7.2 保护回路——不管是采用两个电极（没有保护）测量绝缘材料的电阻，或者是采用三个终端系统（两个电极加上保护）测量绝缘材料的电阻，都要考虑怎样在试验设备和试验样本之间进行电连接。如果试验样本远离试验设备一段距离，或者试验样本在湿热条件下进行测试，或者样本电阻预期相对比较高（10¹⁰～10¹⁵ohms），则试验设备和试验样本之间可能容易存在虚假的电阻通路。有必要采用保护回路来使得这些虚假通路的干涉降至较低（也可见X1.9）。

7.2.1 带保护电极——使用同轴电缆，其芯部通向保护电极，屏蔽端通向保护电极，以使得试验设备和试验样本之间获得适当的保护连接。

7.2.2 没有保护电极——使用同轴电缆，芯部通向某一电极，屏蔽端端接到从芯部末端大约1cm处（也可见图10）。

7.3　直接测量——采用任何设备（设备具有±10%的灵敏度和精度）测量在固定电压下通过样本的电流。适用的电流测量设备包括静电计，带指示器的直流放大器，和电流计。典型方法和回路见附录X3规定。当校准测量设备刻度盘来直接读取欧姆电阻值时，则不要求计算电阻测量值。

7.4　比较法——惠斯登电桥回路可采用标准电阻器电阻来比较样本电阻（见附录X3）。

7.5　精度和偏差考虑：

7.5.1 概述——作为设备选择的指导，表2总结了相关的考虑因素，但是不暗示列举的示例是适用的。该拟用于采用现代设备显示明显可能的范围。在任何场合，只有小心选择设备组合，才可以获得或者超过这些范围。然而，必须强调考虑的误差只是测量仪器的误差。如附录X1讨论的误差是一个完全不同问题。在后面的连接中，表2的较后一列列举了采用不同方法由保护电极和保护体系之间的绝缘电阻分流的电阻。通常来说，该电阻值越低，由于过度分流导致的误差可能性就越小。

注2：不管采用何种测量方法，只有认真评估所有误差源，才可获得较高的精度。有可能确立这些零部件的任何测量方法，或者获得完整试验装置的测量方法。通常来说，采用高灵敏度电流计的方法要求比采用指示器或记录器的方法获得更加较久得安装。采用指示器（例如电压表，电流计，直流放大器和静电计）的方法要求手动调节较小，同时容易读数，但是要求操作者在特定时间内进行读数。惠斯登电桥（图X1.4）和电位计方法（图X1.2（b））要求操作者专心保持平衡，但是允许在空闲时设定在特定时间时读数。

图9 　体积和表面电阻测量用保护电极连接（体积电阻衔接图示）

图10 　体积和表面电阻测量用未保护电极连接（体积电阻衔接图示）

7.5.2 直接测量：

7.5.2.1 电流计-电压表——采用电流计-电压表方法测量电阻的较大百分比误差是电流计指示性，电流计可读性和电压表指示性的百分比误差总和。一个示例是：当500V施加到40GΩ电阻时（电导为25pS），灵敏度为500/pA刻度的电流计将偏离25个刻度。如果偏离可读取到接近0.5个刻度时，同时校准误差（包括埃尔顿顿分流误差）为观测值的±2%，较终的电流计误差将不超过±4%。如果电压表误差为±2%的满刻度，当电压表读取满刻度时，可采用±6%较大误差来测量该电阻值；同时当读取1/3的满刻度时，可采用±10%较大误差来测量该电阻值。要求读取接近满刻度是容易显而易见的。

7.5.2.2　电压表-电流表——计算值的较大百分比误差是指电压V_x，V_s和电阻R_s的百分比误差的总和。与特定方法相比，V_s和R_s的误差通常更取决于采用设备的特征。确定V_s误差的较关键因素是指示器误差，放大器零漂移和放大器增益稳定性。采用新式精心设计放大器或静电计，增益稳定性通常不是关注的问题。采用现有的技术，直流电压放大器或静电计的零漂移不能够排除，但是可以将之足够低而成为这些测量的相对不关键因素。只要精心设计换流器型放大器，零漂移实际上不存在。因此，假如电位计电压准确已知的话，图X1.2（b）的零位法理论上比采用指示器的方法误差更小。Rs的误差取决于放大器灵敏度。当在给定电流下测量时，放大器灵敏度越高，较低值可能性越大，此时可使用高精密线缠绕标准电阻器。放大器可以获得。已知准确到±2%的100GΩ标准电阻是可以适用的。当施加500V时，如果放大器或静电计的10mV输入能提供满刻度偏移，误差不大于2%的满刻度，则可采用6%的较大误差（当电压计读取满刻度时）或10%的较大误差（当电压计读取1/3刻度时）来测定5000TΩ的电阻。

7.5.2.3　比较-电流计——计算电阻或电导的较大百分比误差是指Rs，电流计偏移或放大器读数的百分比误差总和，同时假设电流灵敏度与偏移无关。对于新式电流计（直流电流放大器可能发生1/3刻度偏移），后者的假设精度到±2%有用范围之内（在1/10满刻度偏移之上）。Rs的误差取决于采用的电阻器类型，但是1MΩ电阻的误差极限低至0.1%是适用的。对于满刻度偏移，采用灵敏度为10nA的电流计或直流电流放大器，500V施加到5TΩ电阻上将能产生1%的偏移。在该电压处，采用先前标记的标准电阻器，Fs=10⁵，ds将大约为1/2的满刻度偏移，可读性误差不大于±1%。如果d_x大约为1/4满刻度偏移，可读性误差将不超过±4%，同时可以在±5-1/2%较大误差下测量200GΩ电阻。

7.5.2.4　电压变化速率——测量精度直接与施加电压和电流计读数变化的时间率测量精度成比例。静电计开关打开的时间长短和采用的刻度应使得可以准确测量时间，同时可获得满刻度读数。在这些条件下，精度将与其它测量电流方法的精度相当。

7.5.2.5　比较电桥——当探测器具有适当的灵敏度，电脑电阻的较大百分比误差是指臂A，B和N的百分比误差总和。当采用1　mV/分刻度的探测器灵敏度时，500V电压施加到电桥上，R_N=1GΩ，电阻为1000TΩ将能产生一个分刻度的探测器偏移。假设忽略R_A和R_B的误差，已知R_N=1GΩ在±2%之内，同时电桥平衡在一个探测器分刻度，可采用±6%的较大误差来测量100TΩ的电阻。

7.6　几个制造商可提供必要的满足本方法要求的零件或专用系统。