介質(zhì)損耗介電常數(shù)測(cè)試儀—介電常數(shù)測(cè)試方法:
介電常數(shù)描述的是材料與電場(chǎng)之間的相互作用。介電常數(shù) (K*)等于復(fù)數(shù)相對(duì)介電常數(shù)(ε*r),或復(fù)數(shù)介電常數(shù)(ε*)與真空介電常數(shù)(ε0)的比值。復(fù)數(shù)相對(duì)介電常數(shù)的實(shí)部(ε‘r) 表示外部電場(chǎng)有多少電能儲(chǔ)存到材料中;對(duì)于絕大多數(shù)固體和液體來(lái)說(shuō),ε’r〉1。
復(fù)數(shù)相對(duì)介電常數(shù)的虛部(ε“r) 稱為損耗系數(shù),表示材料中儲(chǔ)存的電能有多少消耗或損失到外電場(chǎng)中。ε”r始終〉0,且通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ε‘r。損耗系數(shù)同時(shí)包括介電材料損耗和電導(dǎo)率的效應(yīng)。
果用簡(jiǎn)單的矢量圖表示復(fù)數(shù)介電常數(shù),那么實(shí)部和虛部的相位將會(huì)相差90°。其矢量和與實(shí)軸(ε’r)形成夾角δ。通常使用這個(gè)角度的正切值tanδ或損耗角正切來(lái)表示材料的相對(duì)“損耗”。
使用平行板法測(cè)量介電常數(shù)
當(dāng)使用阻抗測(cè)量?jī)x器測(cè)量介電常數(shù)時(shí),通常采用平行板法。平行板法在ASTM D150標(biāo)準(zhǔn)中又稱為三端子法,其原理是通過(guò)在兩個(gè)電極之間插入一個(gè)材料或液體薄片組成一個(gè)電容器,然后測(cè)量其電容,根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算介電常數(shù)。在實(shí)際測(cè)試裝置中,兩個(gè)電極配備在夾持介電材料的測(cè)試夾具上。阻抗測(cè)量?jī)x器將測(cè)量電容(C)和耗散(D)的矢量分量,然后由軟件程序計(jì)算出介電常數(shù)和損耗角正切。
當(dāng)簡(jiǎn)單地測(cè)量?jī)蓚€(gè)電極之間的介電材料時(shí),在電極邊緣會(huì)產(chǎn)生雜散電容或邊緣電容,從而使得測(cè)得的介電材料電容值比實(shí)際值大。邊緣電容會(huì)導(dǎo)致電流流經(jīng)介電材料和邊緣電容器,從而產(chǎn)生測(cè)量誤差。
使用保護(hù)電極,可以消除邊緣電容所導(dǎo)致的測(cè)量誤差。保護(hù)電極會(huì)吸收邊緣的電場(chǎng),所以在電極之間測(cè)得的電容只是由流經(jīng)介電材料的電流形成,這樣便可以獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。當(dāng)結(jié)合使用主電極和保護(hù)電極時(shí),主電極稱為被保護(hù)電極。
接觸電極法
這種方法通過(guò)測(cè)量與被測(cè)材料(MUT)直接接觸的電極的電容來(lái)推導(dǎo)出介電常數(shù)。
介電常數(shù)和損耗角正切通過(guò)以下公式 計(jì)算:
tanδ=D
其中Cp: MUT的等效平行電容 [F]
D: 耗散系數(shù) (測(cè)量值)
tm: MUT 的平均厚度 [m]
A: 被保護(hù)電極的表面積 [m2]
d: 被保護(hù)電極的直徑 [m]
ε0: 自由空間的介電常數(shù) =8.854 x 10-12 [F/m]
接觸電極法不需要制備任何材料,而且測(cè)量操作非常簡(jiǎn)單,因此得到廣泛的使用。不過(guò)在用這種方法進(jìn)行測(cè)量時(shí),如果沒(méi)有考慮到空氣間隙及其影響,那么可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的測(cè)量誤差。
當(dāng)電極直接接觸 MUT 時(shí),MUT 與電極之間會(huì)形成一個(gè)空氣間隙。無(wú)論 MUT 兩面組成得多么平坦和平行,都不可避免會(huì)產(chǎn)生空氣間隙。這個(gè)空氣間隙會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差,因?yàn)闇y(cè)量的電容實(shí)際上是介電材料與空氣間隙串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電容。
通過(guò)用薄膜電極接觸介電材料的表面,可以減小空氣間隙的影響。雖然需要進(jìn)行額外的材料制備 (制作薄膜電極),但可以實(shí)現(xiàn)最準(zhǔn)確的測(cè)量。
非接觸電極法
非接觸電極法從概念上來(lái)說(shuō)融合了接觸電極法的優(yōu)勢(shì),并避免了其缺點(diǎn)。它不需要薄膜電極,但仍可解決空氣間隙效應(yīng)。根據(jù)在有 MUT 和沒(méi)有 MUT 時(shí)獲得的兩個(gè)電容測(cè)量結(jié)果推導(dǎo)出介電常數(shù)。
理論上,電極間隙 (tg)應(yīng)比 MUT的厚度 (tm) 略微小一點(diǎn)。換句話說(shuō),空氣間隙(tg-tm) 應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 MUT 的厚度(tm)。要想正確執(zhí)行測(cè)量,必須滿足這些要求。最少要進(jìn)行兩次電容測(cè)量,以便使用測(cè)量結(jié)果計(jì)算介電常數(shù)。
介質(zhì)損耗介電常數(shù)測(cè)試儀—主要參數(shù):
型號(hào):ZJD-87
準(zhǔn)確度: Cx:±(讀數(shù)×0.5%+0.5pF);tgδ:±(讀數(shù)×0.5%+0.00005);
電容量范圍:內(nèi)施高壓:3pF~60000pF/10kV;60pF~1μF/0.5kV;
外施高壓:3pF~1.5μF/10kV;60pF~30μF/0.5kV;
*分辨率:最高0.001pF,4位有效數(shù)字;
*介電常數(shù)ε測(cè)試范圍:0-200;
*介電常數(shù)ε準(zhǔn)確度:0.5%
*介質(zhì)損耗tgδ測(cè)試范圍:不限,
*介質(zhì)損耗tgδ分辨率:0.000001,電容、電感、電阻三種試品自動(dòng)識(shí)別。
試驗(yàn)電流范圍:5μA~5A;
*內(nèi)施高壓:設(shè)定電壓范圍:0.5~10kV ;
最大輸出電流:200mA;
*升降壓方式:電壓隨意設(shè)置。比如5123V。
試驗(yàn)頻率: 40-70Hz單頻隨意設(shè)置。比如48.7Hz.
頻率精度:±0.01Hz
外施高壓:接線時(shí)最大試驗(yàn)電流5A,工頻或變頻40-70Hz
測(cè)量時(shí)間:約30s,與測(cè)量方式有關(guān);
高壓電極直徑與表面積:¢98mm(75.43cm2)
測(cè)量電極直徑與表面積: ¢50 mm(19.63cm2)
電極材料:不銹鋼1Cr13Ni9Ti
電極工作面:精面面磨
電極間距:不大于5 mm
電極加熱功率: >2*500W
電極最高溫度:180°
加熱時(shí)間:30分鐘
電極壓力:0~1.0Mpa連續(xù)可調(diào)
最大測(cè)量電壓:2000V,50Hz
真空度 :電極可抽真空至3*10-2 Mpa
輸入電源:180V~270VAC,50Hz±1%,市電或發(fā)電機(jī)供電
*計(jì)算機(jī)接口:標(biāo)準(zhǔn)RS232接口,U盤插口(自動(dòng)U盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù))。
打印機(jī):微型熱敏打印機(jī)
環(huán)境溫度:-10℃~50℃
相對(duì)濕度:<90%
主機(jī)外形尺寸:490*520*360(長(zhǎng)寬高mm)
電極尺寸:400*300*400(長(zhǎng)寬高mm)
儀器重量:35kg
特點(diǎn):
電橋顯示屏幕為彩色TFT顯示,能直接顯示被試品電容量Cx、介損tgδ、介電常數(shù)εr、試驗(yàn)電壓Upk/√2、試驗(yàn)頻率Hz、電極面積A、材料厚度h、電感量Lx、品質(zhì)因數(shù)Qx、測(cè)試電源頻率fx、視在功率S、有效功率P、無(wú)功功率Q、電線電纜的介損介電常數(shù)(管狀材料)、測(cè)量系統(tǒng)接線圖等。
特點(diǎn):
1、橋體內(nèi)附電位跟蹤器及指零儀,外圍接線極少。
2、電橋采用接觸電阻小,機(jī)械壽命長(zhǎng)的十進(jìn)開(kāi)關(guān),保證測(cè)量的穩(wěn)定性。
3、儀器具有雙屏蔽,能有效防止外部電磁場(chǎng)的干擾。
4、儀器內(nèi)部電阻及電容元件經(jīng)特殊老化處理,使儀器技術(shù)性能穩(wěn)定可靠。
5、儀器內(nèi)置100pF標(biāo)準(zhǔn)電容器及5000V數(shù)字式高壓測(cè)試電源。