介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场,原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数(permeablity),又称诱电率.如果有高介电常数的材料放在电场中,场的强度会在电介质内有可观的下降。常用电介质的介电常数(瓷器,云母,玻璃,塑料等)见于电介质经常是绝缘体。其例子包括瓷器(陶器),云母,玻璃,塑料,和各种金属氧化物。有些液体和气体可以作为好的电介质材料。干空气是良好的电介质,并被用在可变电容器以及某些类型的传输线。蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质,其相对介电常数约为80。 一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如,当一个电介质材料放在两个电荷之间,它会减少作用在它们之间的力,就像它们被移远了一样。当电磁波穿过电介质,波的速度被减小,有更短的波长。 相对介电常数εr可以用静电场用如下方式测量:首先在其两块极板之间为空气的时候测试电容器的电容C0。然后,用同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质后侧得电容Cx。然后相对介电常数可以用下式计算 εr=Cx/C0 对于时变电磁场,物质的介电常数和频率相关,通常称为介电系数。介电常数又叫介质常数,介电系数或电容率,它是表示绝缘能力特性的一个系数,以字母ε表示,单位为法/米 附常见溶剂的介电常数(注??的为物质名称不一定正确)H2O (水) 78.5 HCOOH (甲酸) 58.5 HCON(CH3)2 ("基酮"??) 36.7 CH3OH (甲醇) 32.7 C2H5OH (乙醇) 24.5 CH3COCH3 (丙酮) 20.7 n-C6H13OH ("多聚己醇"??) 13.3 CH3COOH (乙酸或醋酸) 6.15 C6H6 (苯) 2.28 CCl4 (四氯化碳) 2.24 n-C6H14 ("多聚己烷"??) 1.88
1. 在主机电感端子上插上和测试频率相适应的高Q值电感线圈(本公司 主机配套使用的LKI-1电感组能满足要求),如:1MHz 时电感取100uH,15MHz时电感取1.5uH。
2. 被测样品要求为圆形,直径50.4--52mm/38.4--40mm,这是减小因样品边缘泄漏和边缘电场引起的误差的有效办法。样品厚度可在1--5mm之间(当材料介电大于6的情况下建议材料 2mm),样品太薄或太厚就会使测试精度下降,样品要尽可能平整。(小于0.5mm的样品测试,请参考附录三,叠加测试法)
3. 调节S916测试夹具的测微杆,使S916测试夹具的平板电容极片相接为止,按ZERO 清零按键,初始值设置为0。
再松开两片极片,把被测样品夹入平板电容上下极片之间,调节S916测试夹具的测微杆,直到平板电容极片夹住样品止(注意调节时要用S916测试夹具的测微杆,以免夹得过紧或过松),这时能读取的测试装置液晶显示屏上的数值,既是样品的厚度D2。改变主机上的主调电容容量(旋转主调电容旋钮改变主调电容电容量),使主机处于谐振点(Q值最大值)上。取出S916测试夹具中的样品,这时主机又失去谐振(Q值变小),此时调节S916测试夹具的测微杆,使主机再回到谐振点(Q值最大值)上,读取测试装置液晶显示屏上的数值记为D4.计算被测样品的介电常数:=D2 / D4
二 介质损耗测试方法与步骤
1. 主机C0值的计算方式:
选一个适当的谐振电感接到 Lx 的两端;将调谐电容器调到200P左右,令这个电容是C4,按下仪器面板的频率搜索键,使测试回路谐振,谐振时Q的读数为Q4(注:若频率搜索未能找到最高Q值谐振点,可以通过频率旋钮来微调频率来达到Q值最大值的谐振点;将测试夹具接在 Cx 两端,放入材料,上下极片夹紧材料后记住夹具显示值,然后拿出材料,调回到夹具的显示数值,调节主调电容,使测试电路重新谐振,此时可变电容器值为C3,Q值读数为Q3。(注:C3数值肯定比C4要小)机构电容的有效电容为:Cz= C4-C3
分布电容为机构电容CZ和电感分布电容CL(参考电感的技术说明)的和
介质损耗系数/介质损耗正切值为
2. 把S916测试夹具装置上的插头插入到主机测试回路的 电容 两个端子上。
3. 在主机电感端子上插上和测试频率相适应的高Q值电感线圈(本公司 主机配套使用的LKI-1电感组能满足要求),如:1MHz 时电感取100uH,15MHz时电感取1.5uH。
4. 被测样品要求为圆形,直径50.4--52mm/38.4--40mm,这是减小因样品边缘泄漏和边缘电场引起的误差的有效办法。样品厚度可在1--5mm之间,样品太薄或太厚就会使测试精度下降,样品要尽可能平直。
5. 调节S916测试夹具的测微杆,使S916测试夹具的平板电容极片相接为止,按ZERO 清零按键,初始值设置为0。再松开两片极片,把被测样品夹入两片极片之间,调节S916测试夹具的测微杆,到的平板电容极片夹住样品止(注意调节时要用S916测试夹具的,以免夹得过紧或过松),这时能读取的测试装置液晶显示屏上的数值,既是样品的厚度D2,改变主机上的主调电容容量,使主机处于谐振点(Q值最大值),然后按一次 主机上的小数点(tg )键,在显示屏上原电感显示位置上将显示C0= x x x(C0=Cz+CL电感分布电容)需要手动输入,记住厚度D2的值,此时显示数值为C2和Q2。
6. 取出S916测试夹具中的样品,(保持S916测试夹具的平板电容极片之间距不变)这时主机又失去谐振(Q值变小),再改变主机上的主调电容容量,使主机重新处于谐振点(Q值最大值)上。
7. 注意:多次测试同一个材料时,要求保持每次材料厚度的读数一致。
8. 第二次按下 主机上的小数点(tg )键,显示屏上原C2和Q2显示变化为C1和Q1,同时显示介质损耗系数tn =.x x x x x ,即完成测试。
9. 出错提示,当出现tn = NO 显示时,说明测试时出现了差错,发生了Q1 Q2和C1 C2的错误情况。
附录 一
显示数据介绍:
C1
材料拿出后,谐振时测得的电容值
C2
材料在夹具中,谐振时测得的电容值
Q1
材料拿出后,谐振时测得的Q值
Q2
材料在夹具中,谐振时测得的Q值
CZ
主机+测试夹具测得的结构电容值
CL
标准电感的分布电容值
C0
结构电容值+电感的分布电容值
D2
材料的厚度
tn
介质损耗系数/介质损耗正切值
附录 二
LKI-1电感组
LKI-1型电感组共包括不同电感量的电感9个,凡仪器在进行测试线圈的分布电容量,电容器的电容量,高频介质损耗,高频电阻和传输线特性阻抗等高频电路和元件的电性能时,必须用电感组作辅助工具。
本电感组有较高Q值,能使仪器测量时得到尖锐谐振点,因而增加其测量的准确度,各电感的有关数据如下表:
电感No
电感量
准确度%
Q值
分布电容约略值
谐振频率范围 MHz
适合介电常数测试频率
QBG-3E
AS2853A
1
0.1 H
0.05 H
180
5pF
20~70
31~103
50MHz
2
0.5 H
0.05 H
200
5pF
10~37
14.8~46.6
15MHz
3
2.5 H
5%
200
5pF
4.6~17.4
6.8~21.4
10MHz
4
10 H
5%
200
6pF
2.3~8.6
3.4~10.55
5MHz
5
50 H
5%
180
6pF
1~3.75
1.5~4.55
1.5MHz
6
100 H
5%
200
6pF
0.75~2.64
1.06~3.20
1MHz
7
1mH
5%
150
8pF
0.23~0.84
0.34~1.02
0.5MHz
8
5mH
5%
130
8pF
0.1~0.33
0.148~0.39
0.25MHz
9
10mH
5%
90
8pF
0.072~0.26
0.107~0.32
0.1MHz
10
15nH
10%
40
0
100
100MHz
附录 三
粘性材料以及超薄材料的测试方法一 如何测试带粘性超薄绝缘材料的介电常数
1 用锡箔纸覆胶在材料的两面,上下层锡箔纸不能接触。锡箔纸厚度为DX;
2 超薄材料需要叠加:叠加方式如下
250 贴合6层后测试;
200 贴合8层后测试;
175 贴合9层后测试;
125 贴合12层后测试;
100 贴合15层后测试;
75 贴合20层后测试;
50 贴合30层后测试。
3 计算公式
=(D2-2*DX)/D4
4 介质损耗系数测试同理
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