Étalonnage de résistivité et de conductivité
La résistivité recouvre deux tâches différentes : les solutions (cellules de conductivité, eau ultrapure) et les matériaux (fils, plaquettes, isolants). Toutes deux reposent sur un facteur géométrique et une correction de température.
Instruments et exactitude typique
| Instrument | Étendue typique | Exactitude typique | Où il est utilisé |
|---|---|---|---|
| Cellule de conductivité à deux électrodes | 0,01 µS/cm à environ 20 mS/cm | ±0,5 à ±2 % de la lecture | Traitement de l'eau, laboratoire |
| Cellule à quatre électrodes ou toroïdale | 100 µS/cm à plus de 1 S/cm | ±0.5 to ±2 % | Saumures, eau de mer, liquides de procédé |
| Résistivimètre pour eau ultrapure | Up to 18.2 MΩ·cm | ±1 to ±2 % | Eau pour semi-conducteurs et pharmacie |
| Sonde quatre pointes | 0,001 à 1000 Ω·cm pour les semi-conducteurs | ±1 to ±5 % | Plaquettes, couches minces, métaux |
| Pont de Kelvin ou micro-ohmmètre sur un échantillon | Faible résistance de fil et de barre | 0.1 to 1 % | Essais de fils, de barres de distribution et de conducteurs |
| Essai de résistivité de surface et de volume | 10⁶ to 10¹⁷ Ω | 10 à 20 % typique | Isolants, plastiques, matériaux ESD |
La résistivité est l'inverse de la conductivité. Choisissez l'unité adaptée à la plage. Les chiffres d'exactitude sont des ordres de grandeur pour comparer les instruments. Utilisez toujours la spécification de l'instrument que vous avez sous les yeux.
Solutions étalons et eau pure à 25 °C
| Étalon | Conductivité | Résistivité |
|---|---|---|
| Eau ultrapure | 0.0550 µS/cm | 18.18 MΩ·cm |
| KCl 0,001 mol/L | environ 147 µS/cm | environ 6,8 kΩ·cm |
| KCl 0,01 mol/L | environ 1413 µS/cm | environ 708 Ω·cm |
| KCl 0,1 mol/L | environ 12,88 mS/cm | environ 77,6 Ω·cm |
Valeurs arrondies pour s'orienter. Utilisez la valeur certifiée et la température du certificat de votre solution étalon.
Étalons de référence et traçabilité
- Solutions étalons. Des solutions de chlorure de potassium de concentration connue reproduisent la conductivité à 25 °C (OIML R 56). Valeurs courantes : environ 147 µS/cm (0,001 mol/L), 1413 µS/cm (0,01 mol/L) et 12,88 mS/cm (0,1 mol/L) : utilisez la valeur de votre certificat.
- Méthodes pour l'eau. L'ASTM D1125 et l'ISO 7888 couvrent la conductivité électrique de l'eau, et les normes d'eau ultrapure décrivent des limites dépendant de la température.
- Méthodes pour les matériaux. ASTM F84 (sonde quatre pointes pour le silicium), ASTM D257 (matériaux isolants) et méthodes IEC et ASTM de résistivité des fils.
- Système qualité. ISO/IEC 17025, portée indiquant la conductivité ou la résistivité avec l'étendue et l'incertitude.
Comment on l'étalonne
Procédure type
- Rincer la cellule à l'eau déminéralisée, puis avec un peu de solution étalon.
- Plonger dans un étalon encadrant la plage de travail et attendre la stabilisation de la température.
- Lire la conductance ou la conductivité avec la compensation de température réglée comme l'exige le certificat de l'étalon.
- Calculer la constante de cellule, ou régler l'appareil, et vérifier avec un deuxième étalon.
- Pour les fils et les barres, mesurer la résistance en 4 fils, la longueur et la section, puis calculer ρ.
- Pour les plaquettes, utiliser la sonde quatre pointes avec des facteurs de correction de taille et de bord.
Là où ça se passe mal
- Température. La conductivité varie d'environ 2 % par °C : une erreur de 1 °C donne donc 2 %.
- Absorption de CO₂. L'eau ultrapure exposée à l'air passe de 0,055 à plus de 1 µS/cm en quelques minutes.
- Polarisation et encrassement. Des électrodes recouvertes d'huile ou de tartre lisent trop bas.
- Écartement des pointes et taille de l'échantillon. Les petites plaquettes exigent des facteurs de correction.
- Humidité sur les isolants. L'humidité peut modifier la résistivité de surface de plusieurs décades.
Ce qui entre dans le bilan d'incertitude
- Incertitude de la solution étalon et sa dépendance à la température.
- Mesure de température et modèle de compensation.
- Stabilité de la constante de cellule et encrassement.
- Géométrie des fils et barres (longueur, diamètre) et écartement des pointes pour les plaquettes.
- Résolution et répétabilité de l'appareil.
Combinez les contributions comme dans le calculateur de bilan d'incertitude, puis décidez conforme ou non conforme avec une bande de garde comme expliqué sur la page des calculateurs.
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