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介電常數(shù)和介電損耗正切的測定

1.實驗?zāi)康?/span>

①了解測定高分子材料介電常數(shù)和介電損耗角正切測定的基本原理

②掌握高分子材料材料介電常數(shù)和介電損耗角正切測定的測定方法

2.實驗原理

介電常數(shù)是表征絕緣材料在交流電場下,，介質(zhì)極化程度的一個參數(shù)，它是充滿此絕緣材料的電容器的電容量與以真空為電介質(zhì)時同樣電極尺寸的電容器的電容量的比值,。介質(zhì)損耗角正切是表征該絕緣材料在交流電場下能量損耗的一個參數(shù),，是外施正弦電壓與通過試樣的電流之間的相對的余角正切,。

測定高分子材料介電常數(shù)和介電損耗角正切實驗方法有：工頻高壓電橋法和變電納法。

本實驗采用工頻高壓電橋法,。其工作原理為：被測試樣與無損耗標準電容C_o是電橋的兩相鄰橋臂,，橋臂R₃是無感電阻，與它相鄰的臂由電容C₄和恒定電阻R₄并聯(lián)構(gòu)成,。在電阻R₄的中點和屏蔽間接有一可調(diào)電容C_a來完成線路的對稱操作,。線路的對稱在這里理解為使“臂R₃對屏蔽"及“臂R₄對屏蔽"的寄生電容固定且相等。由于電阻線圈R₃中的金屬線比電阻R₄長得多,，臂R₃的寄生電容也將大于臂R₄的寄生電容,。附加電容C_a可以增大臂R₄的電容泄漏，使其數(shù)值與臂R₃的泄漏相等,。臂C_a和C_o的寄生電容不大,，因此不用對他們加以平衡。

保護電壓e的作用是消除放大器P處頂點可能存在的泄漏電流,，為此e是一個將橋P處頂點的電位引向地電位的裝置,。

這主類電橋平衡后必然有：Z_x·Z₄＝Z_s·Z₃ ……（3-45）

其中 Z_x＝j / (ωC_x)  

Z_s＝j / (ωC_s)  

Z₃=R₃   

Z4=[（1 / R4）+ jωC₄]^-1

由平衡條件及tgδ定義可計算出：tgδ=2πf C₄·R₄·10^-12

當f＝50Hz，R₄＝10000/πΩ時,，有tgδ= C₄·10^-6,，即可用C₄直接表示tgδ值。根據(jù)式（3-45）計算可得到：

C₄=C₃·(R₄ / R₃)·[1+(1/ tg²δ)]

ε＝C_s / C_o

本方法適用于測試固體電工絕緣材料如絕緣漆,、樹脂和膠,、浸漬纖維制品、層壓制品,、云母及其制品,、塑料、薄膜復(fù)合制品,、陶瓷和玻璃等的相對介電常數(shù)與介質(zhì)損耗角正切以及由它們計算出來的相關(guān)參數(shù),，例如損耗因素。

對有些絕緣材料如橡膠以及橡膠制品,，薄膜等的上述性能實驗,，可按照有關(guān)標準或者參考本標準進行,。

3.實驗試樣 

本次實驗采用多型腔圓片模具注塑成型的高密度聚乙烯圓片試樣.直徑120mm厚度3mm(由材料形狀,電極選二電極,板狀電極)

4.實驗設(shè)備

ZJD-87高壓自動介電常數(shù)測試儀 北京航天縱橫檢測設(shè)備有限公司生產(chǎn)

電極      采用板狀圓形電極

5.實驗數(shù)據(jù)

6.思考題

1. 實驗要求試樣厚度不大于3mm的原因?

答：試樣的厚度如果大于3mm,，為了測得他的介電常數(shù)，需要一個很高的電壓,，這樣使得設(shè)備條件更加苛刻,，實驗環(huán)境也不安全,。

2. 試樣中含有雜質(zhì)的測試結(jié)果?

答：介電系數(shù)增大,，導(dǎo)電介質(zhì)或極性雜質(zhì)的存在，會增加高聚物的導(dǎo)電電流和極化率,，因而使介電損耗增大,，特別是對于非極性高聚物來說，雜質(zhì)成了引起介電損耗的主要原因,。

3．實驗環(huán)境條件如溫度,、濕度對測定結(jié)果的影響。

溫度：溫度變化會引起高聚物的粘度變化,，因而極化建立過程所需要的時間也起變化,。溫度對取向極化（介電常數(shù)）有兩種相反的作用，一方面溫度升高,，分子間相互作用減弱,，粘度下降，使偶極轉(zhuǎn)動取向容易進行,，介電常數(shù)增加,；另一方面，溫度升高,，分子熱運動加劇,，對偶極轉(zhuǎn)動干擾增加，使極化減弱,，介電系數(shù)下降,。對于一般的高聚物來說,，在溫度不太高時，前者占主導(dǎo)地位,，因而溫度升高,，介電常數(shù)增大，到一定范圍,，后者超過前者,，介電常數(shù)即開始隨溫度升高而減小。

濕度：濕度越大,，水分越多,，能明顯增加高聚物介電損耗的極性雜質(zhì),。在低頻下,，它主要以離子電導(dǎo)形式增加電導(dǎo)電流，引起介電損耗,；在微波頻率范圍,，水分子本身發(fā)生偶極松弛，出現(xiàn)損耗峰,。對于極性高聚物,，水有不同程度的增塑作用，尤其是聚酰胺類和聚丙烯酸酯類等,，結(jié)果將使高聚物的介電損耗峰向較低溫度移動,。水對熱固性塑料也有影響。