材料的介电常数测试

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1、介质损耗和介电常数测量实验介电特性是电介质材料极其重要的性质。在实际应用中，电介质材料的介电系数和介质损耗是非常重耍的参数。例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大，而介质损耗尽量小。相反地，制造仪表绝缘器件的材料则要求介电系数和介质损耗都尽量小。而在某些特姝情况下，则要求材料的介质损耗较大。所以，通过测定介电常数（£）及介质损耗角正切（塩6）,可进一步了解影响介质损耗和介电常数的各种因索，为提高材料的性能提供依据。一、实验目的1、探讨介质极化与介电常数、介质损耗的关系；2、了解高频Q表的工作原理；

2、3、掌握室温下用高频Q表测定材料的介电常数和介质损耗角正切值。二、实验原理按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。当固体电介质置于电场屮后会显示出一定的极性，这个过程称为极化。对不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。1、介电常数（£）：某一电介质（如硅酸盐、高分子材料）组成的屯容器在一定电压作用下所得到的电容量G■与同样大小的介质为真空的电容器的电容量C。之比值，被称为该电介质材料的相对介电常数。式中：C<一电容器两极板充满介质时的电容;Co

3、一电容器两极板为真空时的电容；£—电容量增加的倍数，即和对介电常数介电常数的大小表示该介质中空间电荷互相作用减弱的程度。作为高频绝缘材料，瘦小，特别是用于高压绝缘时。在制造高电容器时，则耍求瘦大，特别是小型电容器。在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料吋，都需耍考虑电介质的介电常数。此外，由于介电常数取决于极化，而极化乂取决于电介质的分子结构和分子运动的形式。所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究，述可以推断绝缘材料的分子结构。2.介电损耗（堆①：指电介质材料在外电场作用下发

4、热而损耗的那部分能量。在直流电场作用下，介质没有周期性损耗，基本上是稳态电流造成的损耗;在交流电场作用下，介质损耗除了稳态电流损耗外，还有各种交流损耗。由于电场的频繁转向，电介质中的损耗要比直流电场作用时大许多（有时达到儿千倍），因此介质损耗通常是指交流损耗。在工程中，常将介电损耗用介质损耗角正切來表示。tg§是绝缘体的无效消耗的能量对有效输入的比例，它表示材料在一周期内热功率损耗与贮存Z比，是衡量材料损耗程度的物理量。tg8=—!一tgcdRC式中：3—电源角频率；R—并联等效交流电阻；C—并联等

5、效交流电容器凡是体积电阻率小的，其介电损耗就大。介质损耗对于用在高压装置、高频设备，特别是用在高压、高频等地方的材料和器件具有特别重要的意义,介质损耗过人，不仅降低整机的性能，其至会造成绝缘材料的热击穿。3、Q值:tgg的倒数称为品质因索，或称Q值。Q值大，介电损失小，说明品质好。所以在选用电介质前，必须首先测定它们的rfntg8o而这两者的测定是分不开的。通常测量材料介电常数和介质损耗角正切的方法有二和％交流电桥法和Q表测量法，其中Q表测量法在测量时由于操作与计算比较简便而广泛采用。木实验主耍采用

6、的是Q表测量法。4、陶瓷介质损耗角止切及介电常数测试仪：它由稳压电源、高频信号发生器、定位电压表CB1、Q值电压表CB2、宽频低阻分压器以及标准可调电容器等组成(图2)o工作原理如下：高频信导发生器的输出信号，通过低阻抗耦合线圈将信号馈送至宽频低阻抗分压器。输出信号幅度的调节是通过控制振荡器的帘栅极电压来实现。当调节定位电压农CB1指在定位线上吋,Ri两端得到约10mV的电压(Vi)。当Vi调节在一定数值(10mV)后，可以使测量Vc的电压表CB2直接以Q值刻度，即可直接的读出Q值，而不必计算。另外

7、，电路屮采用宽频低阻分压器的原因是：如果直接测量Vi必须增加大量电子组件才能测量出高频低电压信号，成本较高。若使用宽频低阻分压器后则可用普通电压表达到同样的目的。经推导(1)介电常数:式中：ci—标准状态下的电容量；C2—样品测试的电容量；d一试样的厚度(cm)；①一试样的直径(cm)；(2)介质损耗角正切：父ClQI—Q2Q、=x―—(2)C1-C2Q1XQ2式中：Q1—标准状态下的Q値；Q2—样品测试的Q值；⑶Q值:QlxQ2xCl-C2QI-Q2Cl三、实验仪器及设备1、仪器设备：(1)Q表测

8、试仪、电感箱、样品夹具等；(2)千分游标卡尺；2、样品耍求：圆形片：厚度2±0.5mm,•直径为①38±lmm。四、实验步骤1、木仪器适用于110V/220V,50Hz交流电，使用前要检查电压情况,以保证测试条件的稳定。2、开机预热15分钟，使仪器恢复正常状态后才能开始测试。3、按部件标准制备好的测试样品，两面用特种铅笔或导电银浆涂覆，使样品两面都各口导电，但南面Z间不能导通，备用。4、选择适当的辅助线圈插入电感接线柱。根据需要选择振荡器频率，调节测试电路电容器使电路