介电性能的测量原理

介 电 性 能 定 义 ： 介 电 性 能 是 指 在 电 场 作 用 下 ,表 现 出 对 静电 能 的 储 蓄 和 损 耗 的 性 质 ， 通 常 用 介 电 常 数和 介 质 损 耗 来 表 示 . 介 电 常 数 是 表 征 电 介 质 的 最 基 本 的 参 量 ， 是 衡 量 电 介 质在 电 场 下 的 极 化 行 为 或 储 存 电 荷 能 力 的 参 数 。电 介 质 电 容 、 介 电 常 数真 空 电 容 C 0=Q0/V=0s/d电 介 质 电 容 C=Q/V=ros/d相 对 介 电 常 数 r = C/C0 平行板电容器基 本 公 式 Co = Q /V = oA/dC = A/dr= /oDielectric 介 质 的 介 电 损 耗 是 指 电 介 质 在 单 位 时 间 内 每单 位 体 积 中 将 电 能 转 换 为 热 能 而 损 耗 的 能 量 。 介电损耗 Dielectric loss 定 义 ： tan 介质损耗的功率（即有功功率）无功功率 同 时 ， 介 电 损 耗 也 是 表 示 绝 缘 材 料 （ 如 绝 缘 油料 ） 质 量 的 指 标 之 一 。 介 电 损 耗 愈 小 ， 绝 缘 材 料 的质 量 愈 好 ， 绝 缘 性 能 也 愈 好 。 tan =1/WCR(式 中 W为 交 变 电 场 的 角 频 率 ； C为介 质 电 容 ； R为 损 耗 电 阻 )。 ， 是 电 介 质 的 自 身 属 性 ，可 以 和 介 电 常 数 同 时 测 量 ， 用 介 质 损 耗仪 、 电 桥 、 Q表 等 测 量 电 导 时 介 电 损 耗 的 形 式电 介 质 在 电 场 作 用 下 ， 内 部 通 过 的 电 流 包 括 ：（ 1） 电 容 电 流 ： 由 样 品 的 几 何 电 容 充 电 引 起 电 流 （ 位移 电 流 ） ；（ 2） 吸 收 电 流 ： 由 松 弛 极 化 引 起 ， 是 介 质 在 交 变 电 压作 用 下 引 起 介 质 损 耗 的 主 要 来 源 ；（ 3） 漏 电 电 流 ： 由 介 质 电 导 引 起 ， 与 自 由 电 荷 有 关 ，使 介 质 产 生 电 导 损 耗 。 电 介 质 在 电 场 作 用 下 具 体 损 耗 的 能 量 主 要 包 括 ： 极 化 损 耗 ： 在 外 电 场 中 各 种 介 质 极 化 的 建 立 引 起 了电 流 ， 此 电 流 与 极 化 松 弛 等 有 关 ， 引 起 的 损 耗 称 为 极化 损 耗 。 电 导 损 耗 ： 在 电 场 作 用 下 ， 导 电 载 流 子 做 定 向 漂 移 ，形 成 传 导 电 流 ， 电 流 大 小 由 介 质 本 身 性 质 决 定 ， 这 部分 传 导 电 流 以 热 的 形 式 消 耗 掉 ， 称 之 为 电 导 损 耗 。 电 离 损 耗 和 结 构 损 耗 击 穿 电 场 强 度 一 般 外 电 场 不 太 强 时 ， 电 介 质 只 被 极 化 ， 不 影 响 其 绝缘 性 能 。 当 其 处 在 很 强 的 外 电 场 中 时 ， 电 介 质 分 子 的 正 负 电 荷中 心 被 拉 开 ， 甚 至 脱 离 约 束 而 成 为 自 由 电 荷 ， 电 介 质 变 为导 电 材 料 。 当 施 加 在 电 介 质 上 的 电 压 增 大 到 一 定 值 时 ， 使电 介 质 失 去 绝 缘 性 的 现 象 称 为 击 穿 (breakdown)。 外 加 电 场 强 度 超 过 某 一 临 界 值 时 ， 介 质 由 介 电 状 态 变为 导 电 状 态 的 现 象 。 电 介 质 击 穿 形 式 分 类 热 击 穿 电 击 穿 电 化 学 击 穿 不 均 匀 介 质 中 的 电 压 分 配内 电 离表 面 放 电 和 边 缘 击 穿 介 电 性 能 的 测 量 方 法依 据 所 测 量 的 基 本 原 理 可 分 为 三 大 类 电 桥 法 谐 振 回 路 法 阻 抗 矢 量 法 电 桥 法根 据 电 桥 平 衡 时 两 对 边 阻 抗 乘 积 相 等 ， 从而 来 确 定 被 测 电 容 器 或 介 质 材 料 试 样 的 CX和 tanX。测 量 范 围 ： 0.01HZ 150MHZ测 量 原 理 ： 谐 振 回 路 法 依 据 谐 振 回 路 的 谐 振 特 性 进 行 测 量 的 。根 据 谐 振 时 角 频 率 与 回 路 的 电 感 、 电 容 之间 的 特 定 关 系 式 ， 求 得 Cx和 tan X。测 量 范 围 ： 40KHZ 200MHZ测 量 原 理 ： 阻 抗 矢 量 法 通 过 矢 量 电 压 一 电 流 的 比 值 的 测 量 来 确定 复 阻 抗 的 ， 进 而 获 得 网 络 、 元 件 或 材 料的 有 关 参 数 。测 量 范 围 ： 0.01HZ 200MHZ测 量 原 理 ： 介 电 性 能 测 试 主 要 内 容 简 介 介 电 性 能 测 试 内 容 主 要 包 括 绝 缘 电 阻 率 相 对 介 电 常 数 介 质 损 耗 角 正 切 击 穿 电 场 强 度 绝 缘 电 阻 率 测 试 绝 缘 电 阻 率 测 试 通 常 采 用 三 电 极 系 统 ， 可 以 分 别 测 出 试样 的 体 积 电 阻 率 v和 表 面 电 阻 率 s， 测 量 电 路 图 如 下 图 所示 。 体 积 电 阻 率 测 试 线 路 图 表 面 电 阻 测 量 线 路 图 平 板 试 样 21v u= 4v D gI d 21u 2lns S DI D 管 状 试 样 v 2v 1u 2= lnL grI r 22us S rI g 电 极 材 料 可 用 粘 贴 铝 箔 、 导 电 橡 皮 、 真 空 镀 铝 、 胶 体 石 墨 等 相 对 介 电 常 数 （ ） 测 试 相 对 介 电 常 数 通 常 是 通 过 测 量 试 样 与 电 极 组 成的 电 容 、 试 样 厚 度 和 电 极 尺 寸 求 得 。平 板 试 样 12 x 210.144 10r dC D 管 状 试 样 2 1 12 2x0 1ln1 1 0.018 10 ln2 xr r r C rC L L r 介 质 损 耗 角 正 切 （ tan )的 测 定 通 过 测 量 试 样 的 等 效 参 数 经 计 算 求 得 ， 也可 在 仪 器 上 直 接 读 取 。 工 频 、 音 频 下 一 般 都 采 用 电 桥 法 测 量 ， 高电 压 时 采 用 西 林 电 桥 法 。 西 林 电 桥 法 电 桥 平 衡 时 4 4tan C R 2 443 31 tanx N N RRC C CR R NC 标 准 电 容4C 可 调 电 容4R 固 定 电 阻3R 可 调 电 阻 当 频 率 为 几 十 千 赫 到 几 百 兆 赫 范 围 时 ， 可 用集 总 参 数 的 谐 振 法 进 行 测 量 ， 如 图 所 示 击 穿 电 场 强 度 测 定绝 缘 材 料 的 击 穿 电 场 强 度 以 平 均 击 穿 电 场 强度 表 示 u B BE dBE uB 击 穿 电 压d 试 样 的 平 均 厚 度 击 穿 电 压 可 用 静 电 电 压 表 、 电 压 互 感 器 、 放 电 球 隙等 仪 器 并 联 于 试 样 两 端 直 接 测 出 。击 穿 电 压 很 高 时 ， 需 采 用 电 容 分 压 器。 冲 击 电 压 下 的 击 穿 电 场 强 度 测 试 ， 一 般 用 冲 击 电 压 发生 器 产 生 的 标 准 冲 击 电 压 施 加 于 试 样 ， 逐 渐 升 高 冲 击 电压 的 峰 值 直 至 击 穿 。 冲 击 电 压 可 用 50%球 隙 放 电 法 ， 也 可 用 阻 容 分 压 器 加上 脉 冲 示 波 器 或 峰 值 电 压 表 测 量 。 若有不当之处，请指正，谢谢！