YG321型纖維比電阻儀工作原理與結(jié)構(gòu)

一、儀器結(jié)構(gòu)：儀器由纖維測試盒和高值電阻測試儀兩部分組成，纖維盒是一個(gè)長方形的金屬盒，作放置被測纖維用，盒內(nèi)壁二側(cè)是兩塊電極板，電極板高6cm，長10cm，兩極板間隔為2cm，中間用聚四氟乙烯絕緣，盒內(nèi)開口一端有一壓塊，搖動(dòng)壓力裝置手柄可以改變電極板的面積，從而達(dá)到被測纖維的體積密度，即到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)填充度的目的，高阻測試儀由直流穩(wěn)壓電源，高阻抗直流放大器等組成，儀器的外形如圖所示，面板上各調(diào)節(jié)器的名稱及用途如下：

指示表頭。

2.  倍率選擇開關(guān)：根據(jù)纖維比電阻值的大小選擇儀表讀數(shù)的倍率。

3.  測試開關(guān)：當(dāng)測試開關(guān)放在“放電”位置時(shí)，測試盒的兩塊電極板接地，將測試過程中兩極板上的殘余電荷放掉以保證測試的順利準(zhǔn)確。當(dāng)測試開關(guān)放在“測試”位置時(shí)能根據(jù)需要選擇50V和100V兩種測試電壓。

4.   “∞”調(diào)節(jié)按鈕：調(diào)整表頭指針指向“∞”處。

5.    滿度調(diào)節(jié)旋鈕：調(diào)整表頭指向滿度。

6.   電源指示燈。

7.   電源開關(guān)：向上表示電源接通。

8.   加壓裝置搖手柄，轉(zhuǎn)動(dòng)搖手柄使測試?yán)w維保持一定的體積密度比。                    

二、工作原理

單根化學(xué)纖維比電阻的測量是很困難的，同時(shí)也無實(shí)際意義，而具有實(shí)際意義的是一團(tuán)纖維所形成的電阻，在這里單根纖維間的接觸電阻起著重要的作用。

化學(xué)纖維是線性高分子聚合物，因品種不同而具有不同的彈性和形狀，纖維之間的接觸狀態(tài)也是不均勻的。所以，一團(tuán)散亂的纖維在沒有一定的密度和一定的形狀時(shí)是很難測量其比電阻值的。為此，設(shè)計(jì)了纖維比電阻盒，目的是使一定重量的散纖維具有一定的現(xiàn)狀，在纖維盒開口的一端有一加壓裝置，加上一定的壓力，使這已具有一定現(xiàn)狀的纖維具有一定的密度，假設(shè)將這時(shí)測量盒內(nèi)的纖維看成是均勻物質(zhì)，其中不含有空氣，這時(shí)纖維的電阻將符合一般材料的電性能，其電阻定律，即有下列關(guān)系：

       ：電阻率。

        R：纖維電阻值。

       L：電極間距離。

        S：電極板面積。

       但是，測量盒內(nèi)沒有空氣存在是不可能的，這時(shí)纖維所占的實(shí)際電極面積不是S，而應(yīng)為S·f,這里的f是填充系數(shù)。

        VE：纖維的實(shí)際體積。

        VF：測量盒容器的體積。

        m：纖維的。

        d：纖維的密度。

       這時(shí)（1）式變?yōu)椋?/span>

       （3）式即為纖維比電阻的測試公式，在這公式中由于f是不定值，公式（3）仍無實(shí)際意義。提供有關(guān)資料和大量的試驗(yàn)證明，在定密度條件下（f=0.23～0.43）f·L=常數(shù)即：

：稱為標(biāo)準(zhǔn)填充度

因此，在標(biāo)準(zhǔn)的填充度的條件下，用高阻計(jì)測量纖維所具有的電阻就很方便地用體積密度比換算其比電阻值。

儀器的原理方框圖如圖二所示：

儀器的直流高壓測試電源主要有W、W、W、C、B等元件組成（見原理圖）*，在一般的高壓穩(wěn)壓電路中不僅要求調(diào)整管耐壓高、功率大而且放大器中的器件也需要耐高壓的。因?yàn)殚_關(guān)電源的瞬變或偶然事故都可能將耐壓較低的元器件擊毀，目前國內(nèi)耐壓高的大功率管既少又價(jià)貴，這些都給高壓穩(wěn)壓電源得設(shè)計(jì)帶來了困難。為了降低調(diào)整管等對耐壓和功率的要求，線路中采取了兩只2CW22N的穩(wěn)壓管串連在調(diào)整管集電極的回路中，在2CW22N上降掉了70伏電壓，這就降低了調(diào)整管對耐壓管和功率的要求。線路中W、W、C、B和輸出負(fù)載是并聯(lián)的，提高了對瞬時(shí)過載的承受能力。線路中采用了FC3集成中增益運(yùn)算放大器作放大元件，它具有倍的開環(huán)電壓增益，這就提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和過載能力，由于采取了上述一系列措施，當(dāng)負(fù)載有瞬時(shí)短路時(shí)不會(huì)發(fā)生任何故障，這就大大提高了儀器使用的可靠性。

儀器的高阻抗直流放大器部分由DC-2靜電計(jì)管和FC3運(yùn)算放大器組成。DC-2靜電計(jì)管具有*的輸入抗阻（1014～1015Ω）和極小的柵流FC3運(yùn)算放大器有較高的開環(huán)電壓增益和集成化的點(diǎn)，線路中又采用幾乎是100%的負(fù)反饋，這就大大改善了電路的線性和放大倍數(shù)不穩(wěn)定對測量的影響，所以該放大器不僅能滿足儀器輸入阻抗高輸入電流小的要求而且漂移較小，提高了儀器的測試穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。

儀器的供電電源由W2系列集成穩(wěn)壓塊構(gòu)成，它是一種集成化了的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，（見后面附圖）具有穩(wěn)壓性能好使用方便等點(diǎn)，由于的接入，使電路具有限流保護(hù)和輸出端短路時(shí)截止保護(hù)的作用，提高了儀器工作的可靠性。

三、     操作程序

（一）、使用儀器前的準(zhǔn)備：

1.使用前儀器面板上的各開關(guān)位置應(yīng)如下：

   a.電源開關(guān)應(yīng)在關(guān)的位置。

   b.倍率開關(guān)置于“∞”處。

   c.“放電-----測試”開關(guān)置于“放電”位置。

2.檢查測試環(huán)境的溫度和濕度是否在允許的范圍內(nèi)，否則由于測試環(huán)境的濕度過高在測試較高的比電阻值的纖維時(shí)將導(dǎo)致較大的誤差。

3.將儀器的接地端用導(dǎo)線接地。

4.檢查儀器的電源應(yīng)為～220V±10%V。

5.將儀器接通電源，合上電源開關(guān)，指示燈亮，待預(yù)熱30分鐘后慢慢調(diào)節(jié)“∞”電位器旋鈕，使表針指在“∞”處，直至不再變動(dòng)

6.將“倍率”開關(guān)撥至“滿度”位置，調(diào)節(jié)“滿度”電位器旋鈕，使電表指針在滿度位置，直至不再變動(dòng)。

7.將’倍率”開關(guān)撥至“∞”處和“滿度”位置檢查儀表指針是否在“∞”處和“滿度”位置，這樣反復(fù)幾次把儀器的靈敏度調(diào)好。

8.纖維測試盒，使用前應(yīng)用將測試和內(nèi)清洗干凈，并用本儀器測試其絕緣電阻不低于1012Ω方可使用。

（二）、試樣的準(zhǔn)備：

將被測纖維試樣50克用手松開后，在公定回潮以下置標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下（20℃±2℃、HR65±2%）平衡4小時(shí)以上（若回潮大于公定回潮率則需在溫度為45℃的烘箱中預(yù)烘30分鐘，使之降到公定回潮率以下），用精度為0.01克的天平取每份試樣15克，共3份以備測試時(shí)使用。

（三）操作測試方法：

1.做好了上述準(zhǔn)備工作后，測試時(shí)從機(jī)箱內(nèi)取出纖維測量盒，用儀器的鉤子將壓塊取出，用大鑷子將15克纖維均勻地填入盒內(nèi)，推入壓塊32，把纖維測試盒放入儀器槽內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)搖手柄直至儀器頂蓋上之孔內(nèi)兩金屬片相碰為止，（不宜用力過大）。

2.將“放電---測試”開關(guān)放在“放電”位置，待極板上因填裝纖維產(chǎn)生的靜電散逸后，即可撥到測試位置進(jìn)行測量。

3.測試電壓選在100V檔，撥動(dòng)“倍率”開關(guān)，使電表有比較清楚的讀數(shù)為止，這是表頭的讀數(shù)（注意：表面的單位是MΩ即Ω）乘以倍率即為被測纖維在一定密度下的電阻值，為了減少讀數(shù)和表頭誤差，表針應(yīng)盡量取在表盤的右半部分，否則可將測試開關(guān)放在50V電壓檔測試，注意這時(shí)測得的電阻值應(yīng)縮小一半，即表頭讀數(shù)×倍率×1/2才是被測纖維在一定密度下的電阻值。

（四）、比電阻值的計(jì)算：

1.將三個(gè)試樣按上述方法分別測試后計(jì)算其平均電阻代入下公式

即可計(jì)算出該纖維的比電阻值

    式中：：纖維比電阻，單位：Ω·cm。

           R：測量的纖維平均電阻值Ω。

           b：電極板有效長度4cm。

           h：電極板高度6cm。

           l：電極板之間的距離2cm。

       f：被測材料的標(biāo)準(zhǔn)填充度。

將b、h、L值代入上式則有：

2.纖維的標(biāo)準(zhǔn)填充度f值的計(jì)算：

有前門的公式（2）

式中：m纖維的重量15g。

        d纖維的比重g/.

根據(jù)上式計(jì)算各種化學(xué)纖維的填充度f如下表所示：

品       種

滌       綸

腈       綸

綿       綸

丙       綸

維       綸

f

    0.23

   0.27

0.27

   0.35

0.24

四、     注意事項(xiàng)

1.  為了使儀器能正常工作，儀器的接地端子必須良好接地。

2.   高阻抗直流放大器中的DC-2靜電計(jì)管和標(biāo)準(zhǔn)電阻，纖維測試盒等不要任意拆卸并需保持清潔，如有污物可用小心擦拭干凈。

3.   在測試較高阻值的纖維時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)指針有不斷上升的現(xiàn)象，這是由于纖維介質(zhì)的吸收現(xiàn)象所致，并非儀器不穩(wěn)定，若在很長時(shí)間內(nèi)未能穩(wěn)定則一般情況下建議一通電后1分鐘的讀數(shù)為被測纖維的電阻值。

4.   當(dāng)被測纖維比電阻可疑時(shí)，需將儀器對標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行測量，如果測量的數(shù)值是對的，則需將測試盒的兩塊極板抽出，用拭其中四氟乙烯及兩塊電極板上的殘留抗靜電劑，然后插入使用。附加標(biāo)準(zhǔn)電阻測量時(shí)由鱷魚夾分別夾在測試盒下方的電極銅片的孔上。

5.   儀器在接通電源的瞬間，表頭指針會(huì)一下子打過滿度或打向負(fù)方向，并要稍微等一下慢慢退至零點(diǎn)，這是因?yàn)樵诮油娫吹乃查g，電子管DC-2需預(yù)熱一段時(shí)間，而集成運(yùn)算放大器不需要預(yù)熱即有輸出引起的，屬正?，F(xiàn)象。

五、     維修

（一）復(fù)校：

當(dāng)使用者對儀器的精度有所懷疑時(shí)，可對儀器進(jìn)行復(fù)效，其方法如下：

1.  直流測試電壓的復(fù)校：

 可用PZ-8數(shù)字電壓表復(fù)校測試電壓50V和100V兩檔，測量結(jié)果應(yīng)滿足技術(shù)條件所規(guī)定的要求。

2.  基本誤差的復(fù)校：

     在直流測試電壓符合技術(shù)要求的前提下，將儀器備件中的標(biāo)準(zhǔn)電阻接在測試箱底部的兩個(gè)端子上（注意不要相互短路及與機(jī)殼短路）。進(jìn)行復(fù)校，測試結(jié)果應(yīng)滿足技術(shù)條件規(guī)定的要求。

3.  穩(wěn)定性的復(fù)校：

 在規(guī)定氣候條件下開機(jī)一小時(shí)后，將儀器輸入端短路其8小時(shí)內(nèi)的漂移應(yīng)不大于標(biāo)尺的±4%。

（二）、儀器在精度不夠或使用過程中出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)先關(guān)掉儀器，然后分析其原因再動(dòng)手修理，切莫亂拆亂動(dòng)。為便于修理，現(xiàn)將DC-2靜電計(jì)管按說明書加有關(guān)參數(shù)摘錄如下供修理時(shí)參考。