Geometria próbek i elektrod

przewodzącej powinien być wystarczająco miękki, aby wejść w ścisły kontakt z prób-ką po zastosowaniu umiarkowanego ciśnienia. Jednak wyniki pomiarów rezystywno-ści otrzymywane przy użyciu tych elektrod są zawsze większe o kilkadziesiąt, a cza-sami nawet o kilkaset procent niż wartości otrzymane przy elektrodach naparowanych srebrem. Elektrody pokryte gumą przewodzącą zawierają celki pomiarowe firmy Keithley, model 8009, i Agilent (Hewllett-Packard), model 16008B, do pomiarów rezystywności skrośnej i powierzchniowej. Elektrody z gumy przewodzącej nie po-winny być stosowane do pomiarów przenikalności elektrycznej i współczynnika strat dielektrycznych, gdyż całkowicie fałszują wyniki pomiarów.

Elektrody z ciekłego metalu zapewniają dobry kontakt z badanym dielektrykiem.

Ten rodzaj elektrod wymaga specjalnych pierścieni osłonowych, ostrych od strony próbki. Najczęściej stosuje się rtęć, ale nie jest ona zalecana ze względu na efekty toksyczne. Zamiast rtęci można używać stopu Wooda (25% Pb, 12% Cd, 12,5% Sn, 50% Bi) charakteryzującego się bardzo niską temperaturą topnienia (ok. 60 °C) lub innego niskotopliwego stopu. Stopy te często zawierają kadm, który – podobnie jak rtęć – jest toksyczny. Można ewentualnie stosować roztwory przewodzące, ale pod warunkiem, że stwierdzi się brak ich oddziaływania na wyniki pomiarów. Ponadto pojawiają się trudności z uzyskaniem szczelności osłon tych elektrod. Z tych wzglę-dów elektrody te praktycznie nie są obecnie stosowane.

Elektrody dociskowe masywne wykonane z litego metalu (mosiądzu

chromo-wanego lub stali nierdzewnej) o oszlifowanych powierzchniach kontaktowych z badaną próbką są wygodnym w użyciu zestawem pomiarowym. W normie doty-czącej ochrony przed elektrycznością statyczną PN-93/E-05203 [22] zaleca się je do pomiarów rezystancji skrośnej i powierzchniowej próbek stałych materiałów sztyw-nych oraz włóknistych i folii, a w normie PN-EN 1149-1/2 [23] – do pomiarów re-zystancji skrośnej i powierzchniowej odzieży ochronnej. Nie są one rekomendowane w normach dotyczących pomiarów rezystywności skrośnej i powierzchniowej mate-riałów elektroizolacyjnych, tj. w normie IEC 93 [15], PN-88/E-04405 [21], ASTM D 257 [27]. Elektrody metalowe dociskowe mogą być używane do pomiarów rezy-stywności i przenikalności elektrycznej próbek materiałów elastycznych (gumy, elastomerów, tkanin) dobrze przylegających do elektrod metalowych. Nie powinny one jednak być stosowane do badania materiałów sztywnych, które nie przylegają dokładnie do powierzchni elektrod. Na części powierzchni pod elektrodami wystą-pią pęcherze powietrzne, które fałszują znacząco wyniki pomiarów.

4.2.3. Geometria próbek i elektrod

Na próbkach płaskich mogą być stosowane elektrody okrągłe, prostokątne i kwadratowe w układzie dwuelektrodowym (rys. 4.2.3) lub trójelektrodowym (rys. 4.2.4).

d₁ h a) b h b) a a h c) a d1

Rys. 4.2.3. Układy dwuelektrodowe: a) elektrody okrągłe, b) elektrody prostokątne, c) elektrody kwadratowe

d₁ h a) b h b) a a h c) a 1 2 3 g d₂ dd₃3 d2 d₄ 1 2 3 g _{2 1} 3 g d1 d₄

Rys. 4.2.4. Układy trójelektrodowe: a) okrągłe, b) prostokątne, c) kwadratowe; 1 – elektroda pomiarowa, 2 – elektroda wykorzystywana w pomiarach rezystywności skrośnej i przenikalności elektrycznej jako elektroda ochronna, a w pomiarach rezystywności powierzchniowej – jako elektroda napięciowa, 3 – elektroda wykorzystywana jako napięciowa w pomiarach rezystywności

skrośnej i przenikalności elektrycznej, a w pomiarach rezystywności powierzchniowej – jako elektroda ochronna

Również na próbkach cylindrycznych mogą być używane układy dwu- i trójelek-trodowe. Układ trójelektrodowy na próbce cylindrycznej przedstawiono na rysunku 4.2.5.

46 3 1 2 l₁ g g l₂ l₃ l₄ D¹ D² h D² D¹ l₄ l1 l2 l₃

Rys. 4.2.5. Układ trójelektrodowy na próbce cylindrycznej

Elektrody bez dodatkowej elektrody pierścieniowej mogą służyć do pomiarów re-zystywności skrośnej ρv w przypadku, gdy prąd powierzchniowy ma pomijanie małą wartość w stosunku do prądu skrośnego, oraz do pomiarów przenikalności elektrycz-nej ε i współczynnika strat dielektrycznych, kiedy pojemności brzegowe są pomijalnie małe w stosunku do dużej pojemności próbki, a więc dla próbek cienkich (folii). Jeżeli są trudności z ustawieniem elektrod dokładnie naprzeciw siebie po obu stronach prób-ki, to jedna z elektrod powinna być większa od drugiej. Wówczas w obliczeniach rezystywności lub przenikalności należy uwzględnić powierzchnię tej mniejszej elek-trody. Ponieważ korzystanie z układu dwuelektrodowego zawsze powoduje powsta-wanie pewnych błędów związanych z brakiem elektrody ochronnej, nie jest on zale-cany przez normy.

Normy zalecają stosowanie układu trójelektrodowego. Na próbki płaskie najczę-ściej nanosi się układ elektrod okrągłych (rys. 4.2.4a). Elektroda znajdująca się w środku elektrody pierścieniowej jest zawsze używana jako elektroda pomiarowa, łą-czona z miernikiem prądu lub z zaciskiem LO miernika rezystancji. W pomiarach rezystywności skrośnej i przenikalności elektrycznej elektroda pierścieniowa jest elek-trodą ochronną. W pomiarach rezystywności powierzchniowej elektroda pierścienio-wa jest elektrodą napięciową, a elektroda po drugiej stronie próbki – elektrodą ochronną. W pomiarach rezystywności skrośnej i przenikalności elektrycznej ochron-na elektroda pierścieniowa eliminuje zniekształcone pole brzegowe przy elektrodzie pomiarowej. Warunkiem skuteczności pierścienia ochronnego jest taki dobór jego potencjału, ażeby niewiele różnił się od potencjału elektrody pomiarowej. Szczelina na powierzchni próbki, pomiędzy elektrodą pomiarową a elektrodą pierścieniową, powinna mieć jednakową szerokość.

Podczas pomiarów rezystywności skrośnej oraz przenikalności elektrycznej szero-kość szczeliny g powinna być jak najmniejsza. Zaleca się, ażeby była ona nie większa niż podwójna grubość próbki. Jednak ze względów technicznych nie stosuje się szcze-lin mniejszych od 1 mm.

Według zaleceń norm IEC 93 [15] i ASTM D 257 [27] podczas pomiarów rezy-stywności skrośnej średnica d₁ (rys. 4.2.4a) oraz długość l₁ (rys. 4.2.5) elektrody po-miarowej powinny być nie mniejsze niż 10 grubości próbki, a w praktyce nie mniejsze niż 25 mm. Średnica d₄ oraz długość l₄ elektrody napięciowej (3), a także zewnętrzna średnica d3 elektrody ochronnej oraz jej długość l3 powinny mieć wymiary:

h d d d₄= ₃≥ ₂+2 , h l l l₄ = ₃≥ ₂+2 .

Do pomiarów rezystywności powierzchniowej można stosować układ trójelektro-dowy przedstawiony na rysunkach 4.2.4 i 4.2.5. Wówczas mierzona jest rezystancja powierzchniowa szczeliny g, a elektroda 1 jest elektrodą pomiarową, 2 – napięciową, 3 – ochronną. Szerokość szczeliny g powinna być równa co najmniej dwukrotnej gru-bości próbki. Szczelina o szerokości 1 mm jest zwykle najmniejszą, jaką można wy-konać. Średnica d₁ lub długość l₁ elektrody pomiarowej powinna być nie mniejsza niż 10-krotna grubość próbki h, a w praktyce nie mniejsza niż 25 mm. Alternatywnie mo-gą być stosowane elektrody prostoliniowe pokazane na rysunku 4.2.6. Do ich wyko-nania używa się najczęściej wysoko przewodzących lakierów srebrnych.

Rys. 4.2.6. Elektrody prostoliniowe do pomiarów rezystywności powierzchniowej

Norma IEC 93 zaleca stosowanie do pomiarów rezystywności powierzchniowej, w celach porównawczych, elektrod okrągłych (rys. 4.2.4a) o wymiarach d1 = 50 mm,