여기서 말하는 “저항”이란 “전기저항”을 말합니다. 저항이란 전류가 흐르기 어려운 정도를 말하는 것으로, 단위는 [Ω:옴]입니다.

단자 간에 전위차  V 가 생기면 전하(전자 또는 정공)는 다른 극성의 전극을 향해 이동하려 합니다. 이 이동을 방해하는 것이 저항입니다. 옴의 법칙에 따라 전류 I 는

　　　　　I=V/R  (2-1)

로 나타냅니다. 이는 전위차 V 가 클수록, 또는 저항 R 이 작을수록, 전류 I 가 많이 흐른다는 것을 의미합니다. 저항값은 (2-2)식으로 나타냅니다.

　　　    R=ρ l/S (2-2)

(여기서 ρ：저항률, l：저항체의 길이, S：저항체의 단면적)

긴 물체일수록 또는 얇은 물체일수록 저항값이 높아집니다. 이처럼 물리적인 크기에 따라 저항값이 다른데, 그 저항값은 대략적으로 그림2-3의 범위에 있다고 봐도 좋습니다.

(1) 절연체 

절연저항측정의 측정대상은 일반적으로 전기가 흐르기 어려운 절연물입니다. 전자기학적으로는 전기가 흐르기 쉬운 도체를 불도체 또는 절연체로 분류합니다. 절연체는 자유전자(自由電子)를 지니지 않고, 고-에너지를 가하면 미세하게 전자가 변위합니다. 전기적인 에너지를 가함으로써 (예를 들면, 전압을 인가) 전자의 에너지 상태가 변위하는 절연체를 유전체라 부릅니다. 본서에서는 절연체・유전체를 피측정물로 나타내고, 전압을 인가했을 때에 일어나는 전자의 에너지 상태의 변화를 누설전류 혹은 미소전류라는 거시적인 현상으로 표현해 그 성질을 정량적으로 평가하기 위한 측정방법, 측정기술을 소개합니다.

(2) 절연저항 

절연물은 전기가 흐르기 어려운 물질이라고 설명했습니다. 전기가 흐르기 어려울수록 저항값이 크다는 것을 의미합니다. 절연저항이란 이 절연물이 지닌 매우 높은 저항을 말합니다.

절연저항은 일반적으로 절연물에 전압을 인가해 절연물에 흐르는 누설전류를 측정합니다 (그림2-4). 

이때 직류전압V와 미세한 전류I 사이에는 일반의 직류회로와 마찬가지로 옴의 법칙이 근사적으로 성립합니다.

R=V/I (2-3)

위의 식을 통해 절연저항값을 구합니다. 실제 측정에서는, 발생시킨 전압과 전류값을 가지고 구할 수 있습니다.

절연저항측정기에 사용하는 미소전류 측정방식에는 션트방식, 피드백방식, 적분방식 등이 있습니다. 각 방식에는 장단점이 있습니다. 측정기를 설정하거나 시료와 연결할 때는 이를 알아둘 필요가 있습니다. 본 장에서는 미소전류 측정방식에 대해 소개합니다. 

(1) 션트방식

그림4-1에 션트방식에 의한 절연저항 측정회로를 나타냈습니다. 이 방식은 가장 기본적인 전류 측정회로라 할 수 있으며, 미소전류부터 대전류까지 넓은 범위의 전류 측정에 사용됩니다.  

(2) 저항 피드백방식

그림4-2에 저항 피드백방식에 의한 절연저항 측정회로를 나타냈습니다. 

(3)적분방식

그림4-3에 적분방식에 의한 절연저항 측정회로를 나타냈습니다. 

(1) 전압강하법 (정전압방식)

전압강하법이란, 절연저항측정에 주로 사용되는 저항측정방법입니다. 고정밀도 전류계로 전류 I 를 측정하고, 전압계로 전압 V 를 측정해, 옴의 법칙( R=V/I )에 따라 저항 R 을 구합니다. 특히 고저항을 측정하는 절연저항계나 초절연계는 그림5-1처럼 결선되어 정전압방식이 채택됩니다. 

그림5-1에 나타낸 정전압방식의 저항측정회로에서는 정전압원에서 인가된 직류전압에 의해 피측정물(그림 안의 적색으로 나타낸 저항)에 흐르는 미세한 누설전류를 전류계로 계측합니다. 이때 피측정물을 흐르는 누설전류만 계측하기 위해서는 피측정물과 전류계를 직렬로 배치하고 전압계로는 피측정물과 전류계를 포함한 전압강하를 측정합니다. 이러한 회로구성으로 고저항을 계측하는 경우는 전류계에서의 전압강하가 클 경우에 오차가 되는 경우가 있습니다. 

(2) 정전압방식이 채택되는 이유

그림5-2에는 전압강하법 중 또 다른 방식인 정전류방식의 결선을 나타냈습니다. 

정전류방식에서는 피측정물에 정전류를 흘려보냈을 때의 피측정물의 양끝 전압을 계측합니다. 절연저항측정의 경우, 미세한 전류를 측정하게 되므로 그림 안의 파랑색 화살표로 표시한 전압계로 흐르는 누설전류가 측정값에 영향을 주고 맙니다. 그러므로 그림5-1처럼, 전압계에 대해서는 피측정물과 전류계를 포함한 전압강하를 측정하는 편이 바람직합니다.

또한 정전류원을 이용하면 피측정물을 포함한 회로 내의 부유용량을 충전하기 위해 현저히 시간이 걸리고 맙니다. 따라서 절연저항측정을 실시할 경우는 그림5-1처럼 정전압원을 이용할 필요가 있습니다.

절연재료 내부를 흐르는 전류에 주목해 그 흐르기 어려운 정도를 나타내는 계수를 체적저항이라고 부릅니다. 앞서 설명한 가드에서는 측정회로 내에 가드용 단자・전기적 접점을 마련했었습니다. 체적저항측정에서는 전극 측에 가드를 위한 전기적 접점을 마련함으로써, 절연재료 표면을 흐르는 전류를 막을 수 있습니다. 체적저항측정의 원리적인 구조를 그림5-7에 나타냈습니다. 

전극은 계측하고자 하는 전류가 흘러 나오는 쪽을 주 전극, 그 반대쪽을 상대전극으로 봅니다. 피측정물의 내부를 통과하는 전류가 전류계에 입력되고 표면을 통과하는 전류가 가드 전극에 의해 차단됩니다. 전압 V 를 인가했을 때에 피측정물의 내부를 통과하는 전류　I_v　는 아래 (5-1)식의 관계로 나타냅니다.

이 때의 R_v 을 체적저항이라고 부릅니다. 단, 체적저항은 전극의 형상・ 치수・ 전극의 간격에 영향을 받습니다 (후술할 표면저항도 영향을 받습니다) .

체적저항은 전극의 형상, 치수, 배치에 의존하기 때문에, 피측정물 고유의 계수로써 저항률을 취급하는 것이 일반적입니다. 체적저항에 대해서는 체적저항률（체적고유저항）이라고 부릅니다. 체적저항률은 그림5-8의 (a)에 나타낸 것처럼, 주 전극과 가드 전극 사이의 간격이 주 전극의 반경에 대해 충분히 작을 경우에는 길이 l , 단면적  S 의 도체에 대한 전기저항 R 의 법칙 [ R=ρ(l⁄S) ]을 적용할 수 있어, 저항률이 규정됩니다. 

그림5-8처럼, 체적저항측정 시는 상대전극에서 주 전극과 가드 전극을 향해 전류가 흐릅니다. 그림5-8 안의 화살표는 피측정물 내를 통과하는 전속(電束)을 나타냅니다. (a)와 같이 주 전극과 가드 전극의 간격이 충분히 작을 경우, 주 전극에 흘러 들어오는 전류밀도는 균일합니다. 한편, (b)와 같이 주 전극과 가드 전극이 떨어져 있는 경우는 주 전극의 바깥쪽 전류밀도가 커집니다. 따라서 이상적인 (a)의 모델로 생각해보면, 주 전극 면적 S 에, 피측정물의 두께가 t 인 경우의 체적저항률 〖 ρ〗_v 는 아래의 (5-2)식으로 나타냅니다.

피측정물이 액체인 경우, 전극에 피측정물이 고정된 상태로 만들기 위해, 전술한 것과 같은 형태의 전극으로는 측정할 수가 없습니다. 따라서, 측정값을 구하기 위한 계산식도 전극에 맞춰 바뀝니다. 아래에서는 일반적으로 널리 사용되는 용기를 겸한 형태의 전극구조 (HIOKI가 제공하는 제품: SME-8330)를 예로, 액체의 체적저항 측정방법과 액체의 체적저항률의 계산방법을 원리적으로 설명합니다.

그림5-14는 액체 시료용 전극구조입니다. 용기의 기능을 지닌 외부의 전극을 상대전극으로 해서, 내부에 삽입되는 전극은 주 전극과 가드를 구성합니다. 각 전극 간은 고절연물(테프론 등)로 지지되며, 가드 전극은 지지절연물로의 누설전류를 차단하는 역할을 합니다. 또한, HIOKI의 액체시료용 전극 SME-8330의 경우, 지지절연물에는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)과 폴리클로로트리플루오로에틸렌 (PCTFE), 전극에는 황동에 니켈 도금한 것을 사용합니다.

체적저항률은 보통은 전극의 형상을 고려해 계산합니다. 하지만 액체 시료용 전극은 이러한 방식이 곤란하기 때문에 주 전극과 상대전극 간의 기하학적 정전용량 C_0  [F]와 진공의 유전율 ε_0  [F∙cm]을 이용해 (5-14)식을 통해 구할 수 있습니다.

이때의  K 는 전극정수라 하며, 측정된 저항값에 이를 곱해 저항률을 구합니다. 또한, 전극정수는 원형전극에서 체적저항률과 표면저항률을 계산하는 경우의 전극 치수에 기인하는 성분에 해당합니다. 여기서 기하학적 정전용량은, 

가 되며, (5-2)식

과 비교하면 액체의 체적저항률을 (5-14)식으로 표현 가능함을 알 수 있습니다.

절연재료표면을 흐르는 전류에 주목해 그 흐르기 어려운 정도를 나타내는 계수를 표면저항이라고 부릅니다. 체적저항측정과 마찬가지로, 표면저항측정에서는 전극 측에 가드를 위한 전기적 접점을 마련함으로써 절연재료 내부를 흐르는 전류를 방해합니다. 표면저항측정의 원리적인 구성을 그림5-11에 나타냈습니다. 

전극은 계측할 전류가 흘러 나오는 쪽을 주 전극, 그 반대쪽을 상대전극이라고 합니다. 피측정물의 표면을 통과하는 전류가 전류계에 입력되고 내부를 통과하는 전류가 가드 전극에 의해 차단됩니다. 전압 V 를 인가했을 때에 피측정물의 표면을 통과하는 전류 I_s　는 아래(5-9)식의 관계로 나타냅니다.

이때의  R_s 를 표면저항이라고 부릅니다. 표면저항 또한 전극의 형상 ・ 치수・ 전극의 간격에 영향을 받습니다. 

표면저항도 전극의 형상, 치수, 배치에 의존하기 때문에, 피측정물 고유의 계수로써 저항률을 취급하는 것이 일반적입니다. 표면저항에 대해서는 표면저항률 (표면고유저항）이라고 부릅니다. 이 경우에도 체적저항률의 측정과 마찬가지로 원형 전극을 이용해 생각합니다. 

그림5-12의 (a)에서는 주 전극과 상대전극 사이의 거리가 매우 가까운 적절한 모델을 상정했습니다. 이 때는 간격 부분인 원형의 매우 얇은 띠 모양의 저항률을 생각하면 되므로 (5-9)식처럼 나타낼 수 있습니다. 

하지만 이는 일반적이지 않고 전극 틈새가 클 경우는 채택할 수가 없습니다. 따라서 아래의 그림 5-13처럼 생각할 수 있습니다.