介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量?jī)x  介質(zhì)損耗：絕緣材料在電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗。也叫介質(zhì)損失，簡(jiǎn)稱介損。在交變電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)流過(guò)的電流相量和電壓相量之間的夾角（功率因數(shù)角Φ）的余角δ稱為介質(zhì)損耗角。

損耗因子也指耗損正切，是交流電被轉(zhuǎn)化為熱能的介電損耗（耗散的能量）的量度，一般情況下都期望耗損因子低些好

介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量?jī)x  試樣的幾何形狀：

 測(cè)定材料的電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)，最好采用板狀試樣，也可采用管狀試樣。

 在測(cè)定電容率需要較高精度時(shí)，最大的誤差來(lái)自試樣尺寸的誤差，尤其是試樣厚度的誤差，因此厚度應(yīng)足夠大，以滿足測(cè)量所需要的精確度。厚度的選取決定于試樣的制備方法和各點(diǎn)間厚度的變化。對(duì)1%的精確度來(lái)講，1.5 mm的厚度就足夠了，但是對(duì)于更高精確度，最好是采用較厚的試樣，例如6 mm-12 mm。測(cè)測(cè)量厚度必須使測(cè)量點(diǎn)有規(guī)則地分布在整個(gè)試樣表面上，且厚度均勻度在士1%內(nèi)。如果材料的密度是已知的，則可用稱量法測(cè)定厚度 選取試樣的面積時(shí)應(yīng)能提供滿足精度要求的試樣電容。測(cè)量10 pF的電容時(shí)，使用有良好屏蔽保護(hù)的儀器。由于現(xiàn)有儀器的極限分辨能力約1 pF,因此試樣應(yīng)薄些，直徑為10 cm或更大些。

 需要測(cè)低損耗因數(shù)值時(shí)，很重要的一點(diǎn)是導(dǎo)線串聯(lián)電阻引人的損耗要盡可能地小，即被測(cè)電容和該電阻的乘積要盡可能小同樣，被測(cè)電容對(duì)總電容的比值要盡可能地大第一點(diǎn)表示導(dǎo)線電阻要盡可能低及試樣電容要小。第二點(diǎn)表示接有試樣橋臂的總電容要盡可能小，且試樣電容要大。因此試樣電容最好取值為20 pF，在測(cè)量回路中，與試樣并聯(lián)的電容不應(yīng)大于約5 pF。

介質(zhì)損耗（dielectric loss）指的是絕緣材料在電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗。也叫介質(zhì)損失，簡(jiǎn)稱介損。

介質(zhì)損耗因數(shù)（dielectric loss factor）指的是衡量介質(zhì)損耗程度的參數(shù)。

測(cè)試注意事項(xiàng)

a．本儀器應(yīng)水平安放；

b．如果你需要較精確地測(cè)量，請(qǐng)接通電源后，預(yù)熱30分鐘；

c．調(diào)節(jié)主調(diào)電容或主調(diào)電容數(shù)碼開(kāi)關(guān)時(shí)，當(dāng)接近諧振點(diǎn)時(shí)請(qǐng)緩調(diào)；

d．被測(cè)件和測(cè)試電路接線柱間的接線應(yīng)盡量短，足夠粗，并應(yīng)接觸良好、可靠，以減少因接線的電阻和分布參數(shù)所帶來(lái)的測(cè)量誤差；

e．被測(cè)件不要直接擱在面板頂部，離頂部一公分以上，必要時(shí)可用低損耗的絕緣材料如聚苯乙烯等做成的襯墊物襯墊；

f．手不得靠近試件，以免人體感應(yīng)影響造成測(cè)量誤差，有屏蔽的試件，屏蔽罩應(yīng)連接在低電位端的接線柱。

介電常數(shù),用于衡量絕緣體儲(chǔ)存電能的性能.它是兩塊金屬板之間以絕緣材料為介質(zhì)時(shí)的電容量與同樣的兩塊板之間以空氣為介質(zhì)或真空時(shí)的電容量之比。介電常數(shù)代表了電介質(zhì)的極化程度，也就是對(duì)電荷的束縛能力，介電常數(shù)越大，對(duì)電荷的束縛能力越強(qiáng)。電容器兩極板之間填充的介質(zhì)對(duì)電容的容量有影響，而同一種介質(zhì)的影響是相同的，介質(zhì)不同，介電常數(shù)不同。

帶瓦格納(Wagner)接地電路的西林電橋

 圖A.2示出了使電橋測(cè)量臂接線端與屏蔽電位相等的方法。這種方法是通過(guò)使用外接輔助橋臂ZA、ZB(瓦格納接地電路)，并使這兩個(gè)輔助橋臂的中間點(diǎn)P接到屏蔽并接地。調(diào)節(jié)輔助橋臂(實(shí)際為

ZB)以使在ZA和ZB上的電壓分別與電橋的電容臂和測(cè)量臂兩端的電壓相等.顯然，這個(gè)解決方法包括兩個(gè)橋即主橋AMNB和輔橋AMPB(或ANPB)同時(shí)平衡。通過(guò)檢測(cè)器從一個(gè)橋轉(zhuǎn)換到另一個(gè)橋逐

次地逼近平衡而最終達(dá)到二者平衡.用這種方法精度可以提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，這時(shí)，實(shí)際上該精度只決定于電橋元件的精密度平衡用這種方法精度可以提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，這時(shí)，實(shí)際上該精度只決定

于電橋元件的精密度。

     必須指出，只有當(dāng)電源的兩端可以對(duì)地絕緣時(shí)才使用上述特殊的解決方法。如果不可能對(duì)地絕緣，則必須使用更復(fù)雜的裝置(雙屏蔽電橋)。

電橋測(cè)量靈敏度

    電橋在使用過(guò)程中，靈敏度直接影響電橋平衡的分辨程度，為保證測(cè)量準(zhǔn)確度，

希望電橋靈敏度達(dá)到一定的水平。通常情況下電橋靈敏度與測(cè)量電壓，標(biāo)準(zhǔn)電容量

成正比。

    在下面的計(jì)算公式中，用戶可根據(jù)實(shí)際使用情況估算出電橋靈敏度水平，在這

個(gè)水平上的電容與介質(zhì)損耗因數(shù)的微小變化都能夠反應(yīng)出來(lái)。

          DC/C或Dtgd=Ig/UwCn(1 Rg/R4 Cn/Cx)   

         式中：Ｕ為測(cè)量電壓                    伏特（Ｖ）

ω為角頻率2pf=314(50Hz)                            

          Ｃｎ標(biāo)準(zhǔn)電容器容量                   皮法（pＦ）

          Ｉｇ通用指另儀的電流5X10-10            安培（Ａ）

          Ｒｇ平衡指另儀內(nèi)阻約1500              歐姆（W）

          Ｒ４橋臂R4電阻值3183                 歐姆（W）

          Ｃｘ被測(cè)試品電容值                   皮法（ｐF）

電介質(zhì)的用途

 電介質(zhì)一般被用在兩個(gè)不同的方面:

 用作電氣回路元件的支撐，并且使元件對(duì)地絕緣及元件之間相互絕緣;

 用作電容器介質(zhì)

高頻電橋
由于它不再是一個(gè)高壓電橋，因此承受電壓U1的臂能容易地引人可調(diào)元件;替代法在此適用
 還應(yīng)指出，帶有分開(kāi)的初級(jí)繞組的電橋允許電源和檢測(cè)器互換位置。其平衡與在次級(jí)繞組中對(duì)應(yīng)
的安匝數(shù)的補(bǔ)償相符.

 低頻電橋

 一般為高壓電橋，這不僅是由于靈敏度的緣故，也因?yàn)樵诘皖l下正是高電壓技術(shù)特別對(duì)電介質(zhì)損耗關(guān)注的問(wèn)題。電容臂和測(cè)量臂兩者的阻抗大小在數(shù)量級(jí)上相差很多，結(jié)果，絕大部分電壓都施加在電容Cx和C}上，使電壓分配不平衡 上面給出的電橋平衡條件只是當(dāng)?shù)蛪涸?duì)高壓元件屏蔽時(shí)才成立。同時(shí)，屏蔽必須接地，以保證平衡穩(wěn)定。如圖A. 2所示。屏蔽與使用被保護(hù)的電容C、和C、是一致的，這個(gè)保護(hù)對(duì)于Ch來(lái)說(shuō)是必不可少的。

 由于選擇不同的接地方法，實(shí)際上形成了兩類電橋。

電介質(zhì)在外電場(chǎng)作用下，其內(nèi)部會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象，這說(shuō)明有部分電能已轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，在單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量稱為電介質(zhì)的損耗功率，或簡(jiǎn)稱介質(zhì)損耗（diclectric loss）。介質(zhì)損耗是應(yīng)用于交流電場(chǎng)中電介質(zhì)的重要品質(zhì)指標(biāo)之一。介質(zhì)損耗不但消耗了電能，而且使元件發(fā)熱影響其正常工作。如果介電損耗較大，甚至?xí)鸾橘|(zhì)的過(guò)熱而絕緣破壞，所以從這種意義上講，介質(zhì)損耗越小越好。

輔橋的技術(shù)特性：

    工作電壓?12V，50Hz

    輸入阻抗>1012　W

    輸出阻抗>0.6 W

    放大倍數(shù)>0.99

不失真跟蹤電壓 0～12V（有效值）

測(cè)量方法的選擇：

 測(cè)量電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的方法可分成兩種:零點(diǎn)指示法和諧振法。

1零點(diǎn)指示法適用于頻率不超過(guò)50 MHz時(shí)的測(cè)量。測(cè)量電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)可用替代法;也就是在接人試樣和不接試樣兩種狀態(tài)下，調(diào)節(jié)回路的一個(gè)臂使電橋平衡。通常回路采用西林電橋、變壓器電橋(也就是互感藕合比例臂電橋)和并聯(lián)T型網(wǎng)絡(luò)。變壓器電橋的優(yōu)點(diǎn):采用保護(hù)電極不需任何外加附件或過(guò)多操作，就可采用保護(hù)電極;它沒(méi)有其他網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)。

2諧振法適用于10 kHz一幾百M(fèi)Hz的頻率范圍內(nèi)的測(cè)量。該方法為替代法測(cè)量，常用的是變電抗法。但該方法不適合采用保護(hù)電極。

 注:典型的電橋和電路示例見(jiàn)附錄。附錄中所舉的例子自然是不全面的，敘述電橋和側(cè)量方法報(bào)導(dǎo)見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn)和該種儀器的原理說(shuō)明書(shū)。

宏觀結(jié)構(gòu)不均勾性的介質(zhì)損耗

工程介質(zhì)材料大多數(shù)是不均勻介質(zhì)。例如陶瓷材料就是如此，它通常包含有晶相、玻璃相和氣相，各相在介質(zhì)中是統(tǒng)計(jì)分布口。由于各相的介電性不同，有可能在兩相間積聚了較多的自由電荷使介質(zhì)的電場(chǎng)分布不均勻，造成局部有較高的電場(chǎng)強(qiáng)度而引起了較高的損耗。但作為電介質(zhì)整體來(lái)看，整個(gè)電介質(zhì)的介質(zhì)損耗必然介于損耗最大的一相和損耗最小的一相之間。

試驗(yàn)步驟

1試樣的制備

 試樣應(yīng)從固體材料上截取，為了滿足要求，應(yīng)按相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方法的要求來(lái)制備。

 應(yīng)精確地測(cè)量厚度，使偏差在士(0. 2%士。.005 mm)以內(nèi)，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)均勻地分布在試樣表面。必要時(shí)，應(yīng)測(cè)其有效面積。

2條件處理

 條件處理應(yīng)按相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行。

3測(cè)量

 電氣測(cè)量按本標(biāo)準(zhǔn)或所使用的儀器(電橋)制造商推薦的標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的方法進(jìn)行。

 在1 MHz或更高頻率下，必須減小接線的電感對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。此時(shí)，可采用同軸接線系統(tǒng)(見(jiàn)圖1所示)，當(dāng)用變電抗法測(cè)量時(shí)，應(yīng)提供一個(gè)固定微調(diào)電容器。

電極系統(tǒng)

 1加到試樣上的電極

 電極可選用5.1.3中任意一種。如果不用保護(hù)環(huán)。而且試樣上下的兩個(gè)電極難以對(duì)齊時(shí)，其中一個(gè)電極應(yīng)比另一個(gè)電極大些。已經(jīng)加有電極的試樣應(yīng)放置在兩個(gè)金屬電極之間，這兩個(gè)金屬電極要比試樣上的電極稍小些。對(duì)于平板形和圓柱形這兩種不同電極結(jié)構(gòu)的電容計(jì)算公式以及邊緣電容近似計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式由表1給出.

 對(duì)于介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量，這種類型的電極在高頻下不能滿足要求，除非試樣的表面和金屬板都非常平整。圖1所示的電極系統(tǒng)也要求試樣厚度均勻

2試樣上不加電極

 表面電導(dǎo)率很低的試樣可以不加電極而將試樣插人電極系統(tǒng)中測(cè)量，在這個(gè)電極系統(tǒng)中，試樣的一側(cè)或兩側(cè)有一個(gè)充滿空氣或液體的間隙。

 平板電極或圓柱形電極結(jié)構(gòu)的電容計(jì)算公式由表3給出。

 下面兩種型式的電極裝置特別合適

2.1空氣填充測(cè)微計(jì)電極

 當(dāng)試樣插人和不插人時(shí)，電容都能調(diào)節(jié)到同一個(gè)值，不需進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)的電氣校正就能測(cè)定電容率。電極系統(tǒng)中可包括保護(hù)電極.

2.2流體排出法

 在電容率近似等于試樣的電容率，而介質(zhì)損耗因數(shù)可以忽略的一種液體內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，這種測(cè)量與試樣厚度測(cè)量的精度關(guān)系不大。當(dāng)相繼采用兩種流體時(shí)，試樣厚度和電極系統(tǒng)的尺寸可以從計(jì)算公式中消去

 試樣為與試驗(yàn)池電極直徑相同的圓片，或?qū)y(cè)微計(jì)電極來(lái)說(shuō)，試樣可以比電極小到足以使邊緣效應(yīng)忽略不計(jì)在測(cè)微計(jì)電極中，為了忽略邊緣效應(yīng)，試樣直徑約比測(cè)微計(jì)電極直徑小兩倍的試樣厚度。

離子晶體的損耗

離子晶體的介質(zhì)損耗與其結(jié)構(gòu)的緊密程度有關(guān)。

緊密結(jié)構(gòu)的晶體離子都排列很有規(guī)則，鍵強(qiáng)度比較大，如α-Al2O3、鎂橄欖石晶體等，在外電場(chǎng)作用下很難發(fā)生離子松弛極化，只有電子式和離子式的位移極化，所以無(wú)極化損耗，僅有的一點(diǎn)損耗是由漏導(dǎo)引起的（包括本質(zhì)電導(dǎo)和少量雜質(zhì)引起的雜質(zhì)電導(dǎo)）。這類晶體的介質(zhì)損耗功率與頻率無(wú)關(guān)，損耗角正切隨頻率的升高而降低。因此，以這類晶體為主晶相的陶瓷往往用在高頻場(chǎng)合。如剛玉瓷、滑石瓷、金紅石瓷、鎂橄欖石瓷等

結(jié)構(gòu)松散的離子晶體，如莫來(lái)石（3Al2O3?2SiO2）、董青石（2MgO?2Al2O3?5SiO2）等，其內(nèi)部有較大的空隙或晶格畸變，含有缺陷和較多的雜質(zhì)，離子的活動(dòng)范圍擴(kuò)大。在外電場(chǎng)作用下，晶體中的弱聯(lián)系離子有可能貫穿電極運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電導(dǎo)打耗。弱聯(lián)系離子也可能在一定范圍內(nèi)來(lái)回運(yùn)動(dòng)，形成熱離子松弛，出現(xiàn)極化損耗。所以這類晶體的介質(zhì)損耗較大，由這類品體作主晶相的陶瓷材料不適用于高頻，只能應(yīng)用于低頻場(chǎng)合。

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