介電性能的測量原理

關(guān)于介電性能的測量原理第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二介電性能的測量原理介電常數(shù)介質(zhì)損耗擊穿電場強(qiáng)度測量方法測試內(nèi)容第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二介電性能定義：

介電性能是指在電場作用下,表現(xiàn)出對靜電能的儲蓄和損耗的性質(zhì)，通常用介電常數(shù)和介質(zhì)損耗來表示.第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二介電常數(shù)

dielectricconstant

定義：

介電常數(shù)，又稱電容率（permittivity

）,是電位移D與電場強(qiáng)度E之比ε=D/E

，其單位為F/m。介電常數(shù)小的電介質(zhì)，其分子為非極性或弱極性結(jié)構(gòu)，介電常數(shù)大的電介質(zhì)，其分子為極性或強(qiáng)極性結(jié)構(gòu)。

第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二介電常數(shù)是表征電介質(zhì)的最基本的參量，是衡量電介質(zhì)在電場下的極化行為或儲存電荷能力的參數(shù)。電介質(zhì)電容、介電常數(shù)真空電容C0=Q0/V=0s/d電介質(zhì)電容C=Q/V=ros/d相對介電常數(shù)

εr=C/C0第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二平行板電容器基本公式第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二Co=Q/V=eoA/dC=eA/der=e/eoDielectric第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二

介質(zhì)的介電損耗是指電介質(zhì)在單位時間內(nèi)每單位體積中將電能轉(zhuǎn)換為熱能而損耗的能量。

電介質(zhì)的介電損耗一般用損耗角正切tan

表示，并定義為：介電損耗Dielectricloss定義：第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二

同時，介電損耗也是表示絕緣材料（如絕緣油料）質(zhì)量的指標(biāo)之一。介電損耗愈小，絕緣材料的質(zhì)量愈好，絕緣性能也愈好。

tanδ=1/WCR(式中W為交變電場的角頻率；C為介質(zhì)電容；R為損耗電阻)。第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二tan是頻率的函數(shù)，是電介質(zhì)的自身屬性，與試樣的大小和形狀無關(guān)。可以和介電常數(shù)同時測量，用介質(zhì)損耗儀、電橋、Q表等測量。電導(dǎo)時tan與頻率ω的關(guān)系第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二介電損耗的形式電介質(zhì)在電場作用下，內(nèi)部通過的電流包括：（1）電容電流：由樣品的幾何電容充電引起電流（位移電流）；（2）吸收電流：由松弛極化引起，是介質(zhì)在交變電壓作用下引起介質(zhì)損耗的主要來源；（3）漏電電流：由介質(zhì)電導(dǎo)引起，與自由電荷有關(guān)，使介質(zhì)產(chǎn)生電導(dǎo)損耗。

第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二電介質(zhì)在電場作用下具體損耗的能量主要包括：⑴極化損耗：在外電場中各種介質(zhì)極化的建立引起了電流，此電流與極化松弛等有關(guān)，引起的損耗稱為極化損耗。⑵電導(dǎo)損耗：在電場作用下，導(dǎo)電載流子做定向漂移，形成傳導(dǎo)電流，電流大小由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，這部分傳導(dǎo)電流以熱的形式消耗掉，稱之為電導(dǎo)損耗。⑶電離損耗和結(jié)構(gòu)損耗第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二擊穿電場強(qiáng)度

一般外電場不太強(qiáng)時，電介質(zhì)只被極化，不影響其絕緣性能。當(dāng)其處在很強(qiáng)的外電場中時，電介質(zhì)分子的正負(fù)電荷中心被拉開，甚至脫離約束而成為自由電荷，電介質(zhì)變?yōu)閷?dǎo)電材料。當(dāng)施加在電介質(zhì)上的電壓增大到一定值時，使電介質(zhì)失去絕緣性的現(xiàn)象稱為擊穿(breakdown)。外加電場強(qiáng)度超過某一臨界值時，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)的現(xiàn)象。第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二電介質(zhì)擊穿形式分類①熱擊穿②電擊穿③電化學(xué)擊穿不均勻介質(zhì)中的電壓分配內(nèi)電離表面放電和邊緣擊穿第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二介電性能的測量方法依據(jù)所測量的基本原理可分為三大類①電橋法②諧振回路法③阻抗矢量法

第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二電橋法根據(jù)電橋平衡時兩對邊阻抗乘積相等，從而來確定被測電容器或介質(zhì)材料試樣的CX和tanX。測量范圍：0.01HZ～150MHZ測量原理：第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二諧振回路法

依據(jù)諧振回路的諧振特性進(jìn)行測量的。根據(jù)諧振時角頻率ω與回路的電感、電容之間的特定關(guān)系式，求得Cx和tanδX。測量范圍：40KHZ～200MHZ測量原理：第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二阻抗矢量法

通過矢量電壓一電流的比值的測量來確定復(fù)阻抗的，進(jìn)而獲得網(wǎng)絡(luò)、元件或材料的有關(guān)參數(shù)。測量范圍：0.01HZ～200MHZ測量原理：第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二

介電性能測試主要內(nèi)容簡介第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二介電性能測試內(nèi)容主要包括⑴絕緣電阻率⑵相對介電常數(shù)⑶介質(zhì)損耗角正切⑷擊穿電場強(qiáng)度第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二絕緣電阻率測試

絕緣電阻率測試通常采用三電極系統(tǒng)，可以分別測出試樣的體積電阻率ρv和表面電阻率ρs，測量電路圖如下圖所示。體積電阻率測試線路圖表面電阻測量線路圖第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二平板試樣第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二管狀試樣電極材料可用粘貼鋁箔、導(dǎo)電橡皮、真空鍍鋁、膠體石墨等第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二相對介電常數(shù)（εｒ）測試

相對介電常數(shù)通常是通過測量試樣與電極組成的電容、試樣厚度和電極尺寸求得。平板試樣管狀試樣第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二介質(zhì)損耗角正切（tanδ)的測定

通過測量試樣的等效參數(shù)經(jīng)計(jì)算求得，也可在儀器上直接讀取。

工頻、音頻下一般都采用電橋法測量，高電壓時采用西林電橋法。第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二西林電橋法電橋平衡時——標(biāo)準(zhǔn)電容——可調(diào)電容——固定電阻——可調(diào)電阻第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期二當(dāng)頻率為幾十千赫到幾百兆赫范圍時，可用集總參數(shù)的諧振法進(jìn)行測量，如圖所示第28頁，共31頁，2023