资源描述：
《简易介电常数测试仪的设计与制作(19)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、实验题目：简易介电常数测试仪的设计与制作评分:88介电体（又称电介质）最基本的物理性质是它的介电性，对介电性的研究不但在电介质材料的应用上具有重要意义，而且也是了解电介质的分子结构和激化机理的重要分析手段2—，探索高介电常数的电介质材料，对屯子工业元器件的小型化有着重要的意义。介电常数（又称电容率）是反映材料特性的重要参量，电介质极化能力越强，其介电常数就越大。测量介电常数的方法很多，常用的有比较法，替代法，电桥法，谐振法，Q表法，直流测量法和微波测量法等。各种方法各有特点和适用范围，因而要根据材料的性能，样品的形状和尺寸大小及所需测量的频率范
2、围等选择适当的测量方法。实验冃的：了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围，掌握替代法，比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法，用自己设计与制作的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数。实验原理：介质材料的介电常数一般采用相对介电常数&来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出它们满足如下关系：_]2、式屮w为绝对介电常数，&为真空介电常数，£o=8・85xlO「F/〃，$为样品的有效面积，d为样品的厚度，C为被测样品的电容量，通常取频率为lldh时的电容量C。一、替代法当实验室无专用测量电容的仪器，但有标准可变电容箱或标准可变
3、电容器时，可采用替代法设计一简易的电容测试仪来测量电容。这种方法的优点是对仪器的要求不高，由于引线参数可以抵消，故测量精度只取决于标准可变电容箱或标准可变电容器读数的精度。若待测电容与标准可变电容的损耗相差不大，则该方法具有较高的测量精度。替代法参考屯路如图2.2.6-1（a）所示，将待测电容G（图中&是待测电容的介电损耗电阻），限流电阻R。（取lkQ）、安培计与信号源组成一简单串联电路。合上开关K”调节信号源的频率和电压及限流电阻R。，使安培计的读数在毫安范围恒定（并保持仪器最高的有效位数），记录读数良。将开关b打到B点,让标准屯容箱G和交流
4、电阻箱&替代G调节G和&值，使Is接近1“多次变换开关&的位置（A,B位），反复调节G和使【s=【x。假定G上的介电损耗电阻R、与标准电容箱的介电损耗电阻&相接近（磁=他），则有=°$°2.2.6-1（b）另一种参考电路如图2.2.6-1（b）所示，将标准电容箱G调到极小值，双刀双掷开关佥扳到AA，,测量G上的电压也值；再将金扳到BB，,调节C,让G上的电压Vs接近Vx将开关K2来回扳到AA，和BB，位，不断调节G和&值，使伏特计上的读数不变，即％=叭,若心二、比较法当待测的电容量较小时，用替代法测量，标准可变电容箱的有效位数损失太大，可采用比
5、较法。此时电路引入的参量少，测量精度与标准电容箱的精度密切相关，考虑到G和&均是十进制旋钮调节，故无法真正调到匕二匕，所以用比较法只能部分修正电压差带来的误差。比较法的参考电路如图2.2.6-2所示，假定G上的R占&接近Rs）,贝ij测量G和G上的电压比Vs/孔即可求得Cx：Cx=CSXVS/Vx（此时匕可以不等于也）IS2.J.6-3iU搬旅sitfe壽的B?用图三、谐振法谐振法测量电容的原理图见图2.2.6-3,由己知电感L（取1H）,电阻R（取lkQ）和待测电容G组成振荡电路，改变信号源频率使RLC回路谐振，伏特计上指示最大，则电容可由下
6、式求出：(2)式屮f为频率，L为已知电感，G为待测电容。当待测电容G•较小时，线圈和引线的分布电容，伏特计的输入电容等都对测量结构有影响，信号源频率的波动和读数精度都将对测量结果有很大的影响，若不采取其他措施，将导致式（2）计算的电容产生很大误差，而且待测电容G越小，测量误差越大，这时可采用谐振替代法来解决。谐振替代法参考屯路如图2.2.6-4所示，将屯感器的一端与待测屯容G串联，调节频率『使电路达到谐振，此时电容上的电压达到极大值，固定频率心,用标准电容箱G代替G,调节C,使电路达到谐振，电容上的电压再次达到极大值，此吋G=Csq此方法的特点
7、是电路简单、测量方便、测量精度与电感L和信号源频率f的测量精度无关，只取决于标准电容箱G的精度，在保证线路状态不变的情况下，可消除分布电容和杂散电容的影响。四、电桥法对于有损耗的电容器，在其固有电感可以忽略不计的条件下，可用串联等效电路或并联等效电路来表示，如图2.2.6-5所示。有损耗的电容器的介质损耗在tan8=串联等效屯路屮为^6=a)CR.在并联等效电路中为(OCR,故只要测量出待测样品的电容量和等效电阻R,便可测量出样品的介电常数&和介电损耗tan屯桥的种类很多，主要有臂比电桥、臂乘电桥、变压器比臂屯桥、差动电桥等，现仅举单边变压器比
8、例臂电桥为例，参考电路如图2.2.6-6所示。甸桥平衡时，平衡指使器为0,流过绕组汕，N2,及被测阻抗乙和标准阻抗Zs的电流都相等，绕组N】上的感应电
