聚合物制品表面電阻測(cè)量不確定度的評(píng)定

【摘要】聚合物制品是隨著第三次科技革命以及各個(gè)時(shí)期的科研人員的辛勤研究而成的，而且隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)其的的需求率也越來(lái)越高了，而且在現(xiàn)在的社會(huì)之中應(yīng)用也越來(lái)越廣了。所以我們?yōu)榱吮ＷC人們?cè)谑褂眠^(guò)程之中的安全性就要對(duì)聚合物制品表面電阻測(cè)量的不確定度進(jìn)行評(píng)定。此外電阻是電線電纜最基本的電氣性能之一，它反映電線電纜產(chǎn)品在正常工作狀態(tài)下的電氣絕緣性能，是反映電線電纜產(chǎn)品絕緣特性的重要指標(biāo)。通過(guò)測(cè)定絕緣電阻可以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)制造工藝中的缺陷，辨別所選用絕緣材料的優(yōu)劣。為了提高測(cè)定聚合物制品電阻的準(zhǔn)確性，有必要對(duì)聚合物制品電阻測(cè)試影響因素及其不確定度評(píng)定加以研究。通過(guò)實(shí)例分析確定聚合物制品電阻測(cè)試的影響因素并計(jì)算不確定度及擴(kuò)展不確定度。

【關(guān)鍵詞】聚合物；電阻；不確定度

一、聚合物的定義

聚合物，也稱之為高分子化合物，是指那些由眾多原子或原子團(tuán)主要以共價(jià)鍵結(jié)合而成的相對(duì)分子量在一萬(wàn)以上的化合物。定義：由千百個(gè)原子彼此以共價(jià)鍵結(jié)合形成相對(duì)分子質(zhì)量特別大、具有重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的化合物。（可分為無(wú)機(jī)高分子化合物和有機(jī)高分子化合物）是由一類相對(duì)分子質(zhì)量很高的分子聚集而成的化合物，也稱為高分子、大分子等。一般把相對(duì)分子質(zhì)量高于10000的分子稱為高分子。高分子通常由103～105個(gè)原子以共價(jià)鍵連接而成。由于高分子多是由小分子通過(guò)聚合反應(yīng)而制得的，因此也常被稱為聚合物或高聚物，用于聚合的小分子則被稱為“單體”。

二、聚合物制品

纖維素、蛋白質(zhì)、蠶絲、橡膠、淀粉等天然高分子化合物，以及以高聚物為基礎(chǔ)的合成材料，如各種塑料，合成橡膠，合成纖維、涂料與粘接劑等。有機(jī)高分子化合物可以分為天然有機(jī)高分子化合物（如淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)天然橡膠等）和合成有機(jī)高分子化合物（如聚乙烯、聚氯乙烯等等），它們的相對(duì)分子質(zhì)量可以從幾萬(wàn)直到幾百萬(wàn)或更大，但他們的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，往往是由無(wú)數(shù)（n）結(jié)構(gòu)小單元以重復(fù)的方式排列而成的。

三、主要測(cè)量物——導(dǎo)電聚合物

導(dǎo)電聚合物不僅具有較高的電導(dǎo)率，而且具有光導(dǎo)電性質(zhì)、非線性光學(xué)性質(zhì)、發(fā)光和磁性能等，它的柔韌性好，生產(chǎn)成本低，能效高。導(dǎo)電聚合物不僅在工業(yè)生產(chǎn)和軍工方面具有廣闊的應(yīng)用前景，而且在日常生活和民用方面都具有極大的應(yīng)用價(jià)值。導(dǎo)電聚合物具有摻雜和脫摻雜特性、較高的室溫電導(dǎo)率、較大的比表面積和比重輕等特點(diǎn)，因此可以用于可充放電的二次電池和電極材料。日本的精工電子公司和橋石公司聯(lián)合研制的3伏鈕扣式聚苯胺電池已在日本市場(chǎng)銷售，德國(guó)的BASF公司研制的聚吡咯二次電池也在歐洲市場(chǎng)出現(xiàn)，日本關(guān)西電子和住友電氣合作試制出高輸出大容量的鋰-聚合物二次電池。與普通的鉛蓄電池相比，這種二次電池具有能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高和便于管理等特點(diǎn)。導(dǎo)電聚合物在電化學(xué)摻雜時(shí)伴隨著顏色的變化，它可以用作電致變色顯示材料和器件。這種器件不但可以用于軍事上的偽裝隱身，而且可以用作節(jié)能玻璃窗的涂層。導(dǎo)電聚合物具有防靜電的特性，因此可以用于電磁屏蔽。傳統(tǒng)的電磁屏蔽材料多為銅或鋁箔，雖然它們具有很好的屏蔽效率，但重量重，價(jià)格昂貴。導(dǎo)電聚合物在電磁屏蔽方面具有幾乎同樣的性能，并且有成本低、可以制成大面積器件、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此是傳統(tǒng)電磁屏蔽材料的一種理想替代品，可以用在諸如計(jì)算機(jī)房、手機(jī)、電視機(jī)、電腦和心臟起搏器上。導(dǎo)電聚合物的電導(dǎo)率依賴于溫度、濕度、氣體和雜質(zhì)等因素，因此可作為傳感器的感應(yīng)材料。目前，人們正在開發(fā)用導(dǎo)電聚合物制備的溫度傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器、pH傳感器和生物傳感器等。導(dǎo)電聚合物還可以用來(lái)制作二極管、晶體管和相關(guān)電子器件，如肖特基二極管、整流器、光電開關(guān)和場(chǎng)效應(yīng)管等。有些導(dǎo)電聚合物具有光導(dǎo)性，即在光的作用下，能引起光生載流子的形成和遷移，可以用作信息處理如靜電復(fù)印和全息照相，也可以用于光電轉(zhuǎn)換如太陽(yáng)能電池。導(dǎo)電聚合物之所以引人注目，不僅是因?yàn)樗哂泻玫碾娦阅?，而且還在于它具有不尋常的光學(xué)特性。導(dǎo)電高聚物具有好的非線性光學(xué)性能，它的非線性光學(xué)系數(shù)大，響應(yīng)速度快。由于非線性光學(xué)材料具有波長(zhǎng)變換、增大振幅和開關(guān)記憶等許多功能，因此作為21世紀(jì)信息處理和前所未有的光計(jì)算基本元件而特別令人關(guān)注。另外，導(dǎo)電聚合物還是光折變和光限幅材料。

四、確定被測(cè)量和測(cè)量方法

1、被測(cè)量 被測(cè)量為聚合物品的表面電阻。

2、測(cè)量?jī)x器 ZC46A型高阻計(jì)。

3、測(cè)量原理 將試件放在一塊稍大于試件的絕緣平板上，將電極放在試件的涂膠面上，外電極連接到測(cè)試儀的接地端或低壓端上，內(nèi)電極接到高壓端上，充電1min后，測(cè)量表面電阻，儀器的示值即為表面電阻R。

取6次測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值為被測(cè)聚合物制品的表面電阻。

4、數(shù)據(jù)處理

Ri=（R1+R2+R3+R4+R5+R6）÷6

五、建立測(cè)量不確定度評(píng)定所需的數(shù)學(xué)模型

Rm=Ri+RA

Ri----測(cè)量結(jié)果算術(shù)平均值；

RA----ZC46A型高阻計(jì)性能的局限性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

六、標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評(píng)定

對(duì)聚合物制品作6次獨(dú)立重復(fù)測(cè)量，測(cè)量電壓為50V，溫度為22.35℃，濕度為5.0%，倍率選擇為108Ω，得到的測(cè)量結(jié)果為R1=1.15，R2=1.18，R3=1.18，R4=1.18，R5=1.16，R6=1.18。

測(cè)量結(jié)果的平均值：

Ri=（1.15+1.18+1.18+1.18+1.16+1.18）÷6=1.1717

單次測(cè)量結(jié)果為Rik的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

U（Rik）=s（Rik）=

平均值Ri的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

U（Ri）=

七、標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評(píng)定

ZC46A型高阻計(jì)測(cè)試報(bào)告給出的不確定度為1×10-2，按矩形分布，取包含因子c=，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：U（RA）=

八、對(duì)應(yīng)于各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

按靈敏系數(shù)Ci=1計(jì)算

U（Riy）=CiU（Ri）=1×5.42629×10-3=5.42629×10-3

U（RAY）=CAU（RA）=1×5.7735×10-3=5.7735×10-3

九、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

十、擴(kuò)展不確定度

按置信概率95%，k=1.69計(jì)算擴(kuò)展不確定度

Uk=Kuc =1.69×7.923×10-3 =1.339×10-2

十一、測(cè)量不確定度報(bào)告

對(duì)聚合物制品作6次獨(dú)立重復(fù)測(cè)量，測(cè)量電壓為50V，溫度為22.35℃，濕度為65.0%，倍率選擇為108Ω，得到的測(cè)量結(jié)果為R1=1.15，R2=1.18，R3=1.18，R4=1.18，R5=1.16，R6=1.18。

測(cè)量結(jié)果的平均值：Ri=1.1717

其測(cè)量不確定度為1.339×10-2，置信概率95%，k=1.69。