第三章 电容元件介电参数测量ppt课件.ppt

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1、第三章电容元件介电参数测量一.电容器基本参数二.介质测量的电极系统三.电桥测量法概述四.西林电桥五.双T电桥六.谐振法七.高频测量技术八.电介质材料击穿实验相对介电系数r=C/Co，以绝缘材料为介质与以真空为介质制成同尺寸电容器的电容量之比值。物理含义：表示在单位电场中，单位体积内积蓄的静电能量的大小。是表征电介质极化并储存电荷的能力，是个宏观物理量Co=oA/to=(4π×9×109)-1(F/m)r=C/C0=tC/oA=0.036×10-12πtC/A对圆形平板试样r=0.144tC/D2D------试样与电极直径(m)一、电容

2、器基本参数上述计算没考虑边缘效应。电容量C或相对介电系数r损耗角正切tgδ(tanδ)或品质因子Q,Q=1/tgδ0—真空介电系数，8.854×10-12(F/m)A—电容面积，m2t—电容厚度，m介质损耗因子介质损耗：置于交流电场中的介质，以内部发热(温度升高)形式表现出来的能量损耗。介质损耗角：对电介质施加交流电压，介质内部流过的电流相位与电压相位之间夹角的余角。介质损耗角正切：对电介质施以正弦波电压，外施电压与相同频率的电流之间相角的余角δ的正切值—tgδ。介质损耗角示意图物理意义用电路的概念来描述，可以把有介质损耗的绝缘体看成是电容和电阻

3、并联或串联的等效阻抗，如图所示。tgδ：被测材料损耗角正切Cs、Cp：串联、并联等值电容（F）Rs、Rp：串联、并联等值电阻（Ω）并联、串联等值电路参数关系当tgδ<0.1时，可认为Cp=Cs，此时误差不大于1%。两种等效电路实际中介质损耗是很微小的，一般不能用普通的功率表示来测损耗因数，而是把试样视为上述的等效阻抗。材料的εr、tgδ与样品的形状、尺寸无关，与等效电路的选择无关，是材料的特征参数。εr、tgδ与温度、频率、场强、湿度等有关，因此测量时必须注意测试条件及环境条件。电容的温度与容量误差编码电容的温度与容量误差编码电容的温度与容量误差编

4、码二、介质测量的电极系统二电极系统、三电极系统图3-1平板电容的杂散电容二电极：有的测试方法或设备只提供两个测量接头(如谐振法)，故用二电极。二电极测量存在由边缘效应引起的边缘电容(Ce)和电极对地电容(Cg)，这两个使测量值偏大，即测量值(Cx)大于真值(Cp)。故有:Cp=Cx－Cg－Ce，但对于tg却有测量值偏小的现象。消除Ce、Cg的影响，接近均匀场，消除了Gs(表面漏导)对tg的影响。需要第三个测量端，调节麻烦，设备复杂，高频时接线过多引起杂散电容。gh123三电极:表面漏导引起的介质损耗角正切增量三电极测试系统图3-2三电极系统

5、的杂散电容图3-3简单的二电极测试系统1、仪器的高压端2、仪器的接地端3、试样4、硬导线1、接地端5、波纹管2、高压电极6、测微螺丝3、试样7、微调电容器4、接地电极8、高压电极图3-4测微电极的接触式二电极法1、厚度测量要求准确度高；2、试样与电极应屏蔽，以排除外场干拢。测量固体介质的介电系数和损耗角正切所用的电极可分为接触式电极与不接触式电极两大类。（1）接触式电极：是指与被测材料紧密接触的电极。采用的电极材料有：表面粘贴（金属箔）、沉积金属层可以用喷绘（涂导电涂层）、烧制（烧银）、喷涂低熔点金属，镀膜（蒸发、溅射）等方法形成。（2）不接触式电

6、极所谓不接触式电极就是在试样表面不粘贴或不涂敷任何导电材料而把试样放入已制作的金属板状电极之间，让金属电极与试样间（一边或二边）留一气体或液体间隙。不作电极；用二电极也能消除或减少边缘、对地、接线电容的影响；可测不能（或不易）做电极的材料，如泡沫、塑料、纸、薄膜；对薄膜或低损耗材料测量的准确度高。二电极系统中介电常数与损耗的计算理想情况Cp=Cx－Cg－CeCe—边缘电容，Cg—对地电容Cx、tgδx为测试值，Cp、tgδ为试样真实值，C0--试样的真空电容值当有一个电极或两个电极都比样品小时，杂散电场的存在导致杂散电容，并出现损耗。以Cf表示无

7、损耗边缘电容，εrCd表示有损耗边缘电容，则总的边缘电容为：Ce=εrCd+Cf相对介电常数与损耗角正切可计算如下：实际情况三、电桥测量法概述电桥法测量原理：把试样作为一个桥臂，其它三个桥臂电抗均为已知，调节电桥达到平衡，根据平衡条件，求出试样的并联等值电容和电阻从而求出试样的介电系数和损耗角正切。范围广；精度高；频带宽；还可通过使用三电极来消除表面电导和边缘效应带来的测量误差。电容电桥按测试使用频率可分为：超低频电桥：0.01Hz—200Hz音频电桥：20Hz—3MHz双T电桥：—150MHz西林电桥超低频电桥：0.01Hz—200Hz适用于介电

8、松弛在极低频时发生的介质的测量。图3-5超低频电桥在超低频时，介质的交流电导率一般接近于直流电导率，因此，可用电阻元件作为