14新-材料的介电常数测试

《14新-材料的介电常数测试》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、材料科学实验讲义东华大学材料科学与工程中心实验室汇编2009年7月一、实验目的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要的参数。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。而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。所以，通过测定介电常数G）及介质损耗介正切可进一步了解彩响介质损耗和介电常数的各种因素，为提高材料的性能提供依据。本实验的目的：1、探讨介质极化与介电常数、介质损耗

2、的关系；2、了解高频Q表的工作原理；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如正切值。二、实验原理按照物质电结构的观点，任何物质都是山不同的电荷构成，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小后会显示出一•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、高分了材料）组成的电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°Z比值，被称为该电介质材料的相对介电常数。C,£-式中：G

3、—电容器两极板充满介质时的电容；Co—电容器两极板为真空时的电容；电容量增加的倍数，即相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，£要小，特别是川于高压绝缘时。在制造高电容器时，则要求般大，特别是小型电容器。在绝缘技术屮，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电常数。此外，由于介电常数収决于极化，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，还可以推断绝缘材料的分子结构。2.介电损耗（tg8

4、）：指电介质材料在外电场作用下发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F,介质损耗除了稳态电流损耗外，述冇各种交流损耗。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人许多（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星5來表示。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。tgS=—-—coRC式小：3—电源角频率；R一并联等效

5、交流电阻；C—并联等效交流电容器凡是体积电阻率小的，其介电损耗就人。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，介质损耗过大，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：的倒数称为品质因素，或称Q值。Q值人，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tgSo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种：交流电桥法和Q表测量法，其中Q表测量法在测量吋山于操作与计算比较简便而广泛采用。本实验主要采

6、用的是Q表测量法。Q表的测最回路是一个简单的R-L-C回路，如图1所示。当回路两瑞加上电压V后，电容器C的两端电压为Vc,调节电容器C使回路谐振后，回路的品质因数Q就可以用下式表示：Q負旦VR式中：L—回路电感；R—回路电阻；比一电容器C两端电压；V—回路两端电压；图1Q表测量原理图由上式可知，当输入电压V不变时，则Q与Vc成正比。因此在一定输入下，Vc值可直接标示为Q值。Q值表即根据这一原理来制造。4、STD-A陶瓷介质损耗角正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

7、表CB2、宽频低阻分压器以及标准可调电容器等组成(图2)。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。当调节定位电压表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，电路屮采用宽频低阻分压器的原因是：如果肓接测最Vi必须增加大量电了组件才能测量出高频低电压信号，成本较高。若使用宽频

8、低阻分压器后则可用普通电压表达到同样的冃的。经推导(1)介电常数：(Cl—C2)d口£=XP①2式屮：C1—标准状态下的电容最；C2—样品测试的电容量；d—试样的厚度(cm)；①一试样的直径(cm)；B—修正值：11.3(倍)；(2)介质损耗角正切：C1-C221x02式中:Q1—标准状态卜的Q值;Q2—样品测试的Q值；⑶Q值:丄=型空xda(3)tg§0-Q2Cl三、实验仪器及设备1、仪器设备：(1)STD-A型测试仪、电感