相對介電常數(shù)測試儀儀器的基本原理是采用高頻諧振法，并提供了通用,、多用途,、多量程的阻抗測試。它以單片計算機控制儀器,，測量核心采用了頻率數(shù)字鎖定、標(biāo)準(zhǔn)頻率測試點自動設(shè)定,、諧振點自動搜索,、Q值量程自動轉(zhuǎn)換、數(shù)值顯示等新技術(shù),，改進了調(diào)諧回路,，使得調(diào)諧測試回路的殘余電感減至，并保留了原Q表中自動穩(wěn)幅等技術(shù),，使得新儀器在使用時更為方便,，測量時更為精確,。儀器能在較高的測試頻率條件下，測量高頻電感或諧振回路的Q值,，電感器的電感量和分布電容量,，電容器的電容量和損耗角正切值，電工材料的高頻介質(zhì)損耗,，高頻回路有效并聯(lián)及串聯(lián)電阻,，傳輸線的特性阻抗等。

相對介電常數(shù)測試儀GB/T1409測量電氣絕緣材料在工頻,、音頻,、高頻

下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在15Hz?300MHz的頻率范圍內(nèi)測量電容率、介質(zhì)損耗因數(shù)的方法,，并由此計算某些數(shù)值,，如損耗指數(shù)。本標(biāo)準(zhǔn)中所敘述的某些方法,，也能用于其他頻率下測量,。

有時在超過1000V的電壓下試驗，則會引起一些與電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)無關(guān)的效應(yīng),，對此不予論述,。

下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件,，其隨后所有的修（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn),，然而，鼓勵根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的新版本,。凡是不注日期的引用文件,，其新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3,、術(shù)語和定義

3.1

ε r

 ……………………………（1）

εr——相對電容率;

Co——真空中電容器的電極電容,。

在一個測量系統(tǒng)中，絕緣材料的電容率是在該系統(tǒng)中絕緣材料的相對電容率εr與真空電氣常數(shù)εr的乘積,。

 ……………………………（2）

3.2

δ

3.3

tanδ

3.4

ε''r

3.5

εr

εr——復(fù)相對電容率,；

ε'r、εr——相對電容率,；

注：有損耗的電容器在任何給定的頻率下能用電容Cs和電阻Rs的串聯(lián)電路表示,，或用電容CP和電阻RP（或電導(dǎo)CP）并聯(lián)電路表示。

Cs——串聯(lián)電容,；

1）有些用“損耗角正切”來表示“介質(zhì)損耗因數(shù)”,，因為損耗的測量結(jié)果是用損耗角的正切來報告的。

RP——并聯(lián)電阻。

串聯(lián)元件與并聯(lián)元件之間,，成立下列關(guān)系：

式（9）,、（10）、（11）中：Cs,、Rs,、CP、RP,、tanδ同式（7）,、（8）。

假如測量電路依據(jù)串聯(lián)元件來產(chǎn)生結(jié)果,，且tanδ太大而在式（9）中不能被忽略,，則在計算電容率前必須先計算并聯(lián)電容。

4,、電氣絕緣材料的性能和用途

電介質(zhì)一般被用在兩個不同的方面：

用作電容器介質(zhì),。

下面分別討論頻率、溫度,、濕度和電氣強度對介電性能的影響,。

因為只有少數(shù)材料如石英玻璃、聚苯乙烯或聚乙烯在很寬的頻率范圍內(nèi)它們的εr和tanδ幾乎是恒定的,，且被用作工程電介質(zhì)材料,，然而一般的電介質(zhì)材料必須在所使用的頻率下測量其介質(zhì)損耗因數(shù)和電容率。

4.2.2溫度

4.2.3濕度

注：濕度的顯著影響常常發(fā)生在1MHz以下及微波頻率范圍內(nèi),。

存在界面極化時,，自由離子的數(shù)目隨電場強度增大而增加，其損耗指數(shù)值的大小和位置也隨此而變,。

5,、試樣和電極

5.1.1試樣的幾何形狀

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

5.1.2電極系統(tǒng)

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

5.1.2.2試樣上不加電極

平板電極或圓柱形電極結(jié)構(gòu)的電容計算公式由表3給出,。

5.1.2.2.1空氣填充測微計電極

5.1.2.2.2流體排出法

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

為了避免邊緣效應(yīng)引起電容率的測量誤差,，電極系統(tǒng)可加上保護電極。保護電極的寬度應(yīng)至少為兩倍的試樣厚度,，保護電極和主電極之間的間隙應(yīng)比試樣厚度小,。假如不能用保護環(huán)，通常需對邊緣電容進行修正,，表1給出了近似計算公式,。這些公式是經(jīng)驗公式，只適用于規(guī)定的幾種特定的試樣形狀,。

5.1.3構(gòu)成電極的材料

用極少量的硅脂或其他合適的低損耗粘合劑將金屬箔貼在試樣上,。金屬箔可以是純錫或鉛，也可以是這些金屬的合金,，其厚度為100μm,，也可使用厚度小于10μm的鋁箔。但是,，鋁箔在較高溫度下易形成一層電絕緣的氧化膜,，這層氧化膜會影響測量結(jié)果,，此時可使用金箔。

燒熔金屬電極適用于玻璃,、云母和陶瓷等材料,，銀是普遍使用的，但是在高溫或高濕下,，好采用金,。

鋅或銅電極可以噴鍍在試樣上，它們能直接在粗糙的表面上成膜,。這種電極還能噴在布上,，因為它們不穿透非常小的孔眼。

假如處理結(jié)果既不改變也不破壞絕緣材料的性能,，而且材料承受高真空時也不過度逸出氣體,，則本方法是可以采用的。這一類電極的邊緣應(yīng)界限分明,。

把試樣夾在兩塊互相配合好的凹模之間,，凹模中充有液體金屬，該液體金屬必須是純凈的,。汞電極不能用于高溫,，即使在室溫下用時，也應(yīng)采取措施,，這是因為它的蒸氣是有毒的,。

5.1.3.6導(dǎo)電漆

要使用刷漆法做到邊緣界限分明的電極較困難，但使用壓板或壓敏材料遮框噴漆可克服此局限,。但在的頻率下,，因銀漆電極的電導(dǎo)率會非常低，此時則不能使用,。

一般不推薦使用石墨,，但是有時候也可采用，特別是在較低的頻率下,。石墨的電阻會引起損耗的顯著增大,，若采用石墨懸浮液制成電極，則石墨還會穿透試樣,。

5.1.4.1板狀試樣

a）不加電極,，測量時快而方便，并可避免由于試樣和電極間的不良接觸而引起的誤差,。

……………………………（12）

△εr——相對電容率的偏差,；

h——試樣厚度；

若試樣上加電極,，且試樣放在有固定距離S>h的兩個電極之間,，這時

式中：

εr——試樣浸入所用流體的相對電容率,，對于在空氣中的測量則εr等于1。

5.1.4.2管狀試樣

高電容率的管狀試樣,，其內(nèi)電極和外電極可以伸展到管狀試樣的全部長度上,，可以不用保護電極。

對于非常準(zhǔn)確的測量,，在厚度的測量能達(dá)到足夠的精度時，可采用試樣上不加電極的系統(tǒng),。對于相對電容率εr不超過10的管狀試樣,，方便的電極是用金屬箔、汞或沉積金屬膜,。相對電容率在10以上的管狀試樣,，應(yīng)采用沉積金屬膜電極；瓷管上可采用燒熔金屬電極,。電極可像帶材一樣包覆在管狀試樣的全部圓周或部分圓周上,。

5.2.1試驗池的設(shè)計

滿足上述要求的試驗池見圖2?圖4。電極是不銹鋼的,，用硼硅酸鹽玻璃或石英玻璃作絕緣,，圖2和圖3所示的試驗池也可用作電阻率的測定，1EC 60247:1978對此已詳細(xì)敘述,。

5.2.2試驗池的準(zhǔn)備

試驗池應(yīng)全部拆開,，*地清洗各部件，用瑢劑回流的方法或放在未使用溶劑中攪動反復(fù)洗滌方法均可去除各部件上的溶劑并放在清潔的烘箱中,，在110℃左右的溫度下烘干30min,。

在上述各步驟中，各部件可用干凈的鉤針或鉗子巧妙地處理,，以使試驗池有效的內(nèi)表面不與手接觸,。

注2:采用溶劑時，有些溶劑特別是苯,、四氧化碳,、甲苯、二甲苯是有毒的,，所以要注意防火及毒性對人體的影響,，此外，氧化物溶劑受光作用會分解,。

當(dāng)需要高精度測定液體電介質(zhì)的相對電容率時,，應(yīng)首先用一種已知相對電容率的校正液體（如苯）來測定“電極常數(shù)'。

 ……………………………（14）

Cc——電極常數(shù),；

Cn——充有校正液體時電極裝置的電容,；

從C,。和Cc的差值可求得校正電容Cg

并按照公式

式中：

Co——空氣中電極裝置的電容；

Cx——電極裝置充有被試液體時的電容,；

假如Co,、Cn和Cx值是在εn是已知的某一相同溫度下測定的，則可求得高精度的εx值,。

6,、測置方法的選擇

6.1零點指示法適用于頻率不超過50MHz時的測量。測量電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)可用替代法,；也就是在接入試樣和不接試樣兩種狀態(tài)下,，調(diào)節(jié)回路的一個臂使電橋平衡。通?；芈凡捎梦髁蛛姌?、變壓器電橋（也就是互感耦合比例臂電橋）和并聯(lián)T型網(wǎng)絡(luò)。變壓器電橋的優(yōu)點：采用保護電極不需任何外加附件或過多操作,，就可采用保護電極,；它沒有其他網(wǎng)絡(luò)的缺點。

注：典型的電橋和電路示例見附錄,。附錄中所舉的例子自然是不全面的,，敘述電橋和測量方法報導(dǎo)見有關(guān)文獻和該種儀器的原理說明書。

7.1試樣的制備

應(yīng)地測量厚度,，使偏差在±（0.2%土0.005mm）以內(nèi),，測量點應(yīng)均勻地分布在試樣表面。必要時,，應(yīng)測其有效面積,。

條件處理應(yīng)按相關(guān)規(guī)范規(guī)定進行。

電氣測量按本標(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)的方法進行,。

8,、結(jié)果

試樣加有保護電極時其相對電容率εr可按公式（1）計算，沒有保護電極時試樣的被測電容C'x包括了一個微小的邊緣電容Ce,，其相對電容率為：

式中：

C'x——沒有保護電極時試樣的電容,；

Co——法向極間電容；

必要時應(yīng)對試樣的對地電容,、開關(guān)觸頭之間的電容及等值串聯(lián)和并聯(lián)電容之間的差值進行校正,。

8.2介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ

8.3精度要求

在較低頻率下，電容的測量精度能達(dá)±（0.1%土0.02pF）,，介質(zhì)損耗因數(shù)的測量精度能達(dá)±（2%±0.00005）,。在較高頻率下，其誤差增大,，電容的測量精度為±（0.5%±0,，1PF）,，介質(zhì)損耗因數(shù)的測量精度為±（2%±0.0002）。

對表面加有電極的試樣的電容,，若采用測微計電極測量時,，只要試樣直徑比測微計電極足夠小，則只需要進行極間法向電容的修正,。采用其他的一些方法來測量兩電極試樣時,，邊緣電容和對地電容的計算將帶來一些誤差，因為它們的誤差都可達(dá)到試樣電容的2%?40%,。根據(jù)目前有關(guān)這些電容資料,，計算邊緣電容的誤差為10%，計算對地電容的誤差為因此帶來總的誤差是百分之幾十到百分之幾,。當(dāng)電極不接地時，對地電容誤差可大大減小,。

9,、試驗報告

絕緣材料的型號名稱及種類、供貨形式,、取樣方法,、試樣的形狀及尺寸和取樣日期（并注明試樣厚度和試樣在與電極接觸的表面進行處理的情況）；

電極裝置類型,，若有加在試樣上的電極應(yīng)注明其類型,；

試驗時的溫度和相對濕度以及試樣的溫度；

施加的頻率,；

介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ（平均值）,；

相對電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)值以及由它們計算得到的值如損耗指數(shù)和損耗角，必要時,，應(yīng)給出與溫度和頻率的關(guān)系,。