電介質(zhì)材料的介電常數(shù)及損耗的頻率特性課件

電介質(zhì)材料的介電常數(shù)及損耗的頻率特性

〈一〉實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹炊祵?shí)驗(yàn)儀器〈三〉實(shí)驗(yàn)原理〈四〉操作步驟〈五〉數(shù)據(jù)處理〈一〉實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟練掌握MODELTH2816型寬頻LCR數(shù)字電橋的使用；2．測(cè)量幾種介質(zhì)材料的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切（tan）與頻率的關(guān)系，從而了解它們的、tan的頻率特性?！慈祵?shí)驗(yàn)原理介電常數(shù)，又稱電容率，是電位移D與電場(chǎng)強(qiáng)度E之比=D/E，其單位為F/m，真空的介電常數(shù)F/m，而相對(duì)介電常數(shù)為同一尺寸的電容器中充入電介質(zhì)時(shí)的電容和不充入電介質(zhì)時(shí)真空下的電容之比。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)。在交變電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)的介電常數(shù)為復(fù)數(shù)，復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部與上述介電常數(shù)的意義是一致的，而虛部表示損耗。介質(zhì)的介電損耗是指由于導(dǎo)電或交變電場(chǎng)中極化弛豫過(guò)程在電介質(zhì)中引起的功率損耗。這一功率損耗是通過(guò)熱耗散把電場(chǎng)的電能消耗掉的結(jié)果。電介質(zhì)的介電損耗一般用損耗角正切tan

表示，并定義為：。在直流電場(chǎng)下，電介質(zhì)內(nèi)只有泄漏電流所產(chǎn)生的電導(dǎo)損耗；但在交變電場(chǎng)中，除電導(dǎo)損耗外還存在著各種形式的極化所產(chǎn)生的損耗，即松弛極化損耗。此時(shí)，復(fù)介電常數(shù)的虛部與實(shí)部的比值，即為介電損耗值，即，又稱介質(zhì)損耗因數(shù)。δ是電介質(zhì)的電位移D由于極化弛豫而落后電場(chǎng)E的一個(gè)相位角。由于介質(zhì)的各種極化機(jī)構(gòu)在不同的頻率范圍有不同的響應(yīng)和不同頻率下產(chǎn)生不同的電導(dǎo)率，所以介質(zhì)的介電常數(shù)和介電損耗都是隨頻率的變化而變化。如不考慮邊緣效應(yīng)，平板試樣的電容量可用下式表示：(1)式中s——電極的面積，米2；d——介質(zhì)的厚度，米；εr——介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)。將ε0的值代入（1）式，得到：由此得如果電極呈圓形，當(dāng)其直徑為D米時(shí)，介電常數(shù)的計(jì)算公式如下：其所用單位d——米，Ｃ—pF,D——米。（3）將被測(cè)圓形陶瓷片接在測(cè)試夾具上，并將樣品由測(cè)試架引出的兩極接入LCR數(shù)字電橋。（4）選擇合適的等效方式：按“等效”鍵即可選擇串、并聯(lián)或自動(dòng)等效方式（即將被測(cè)器件看作是串聯(lián)或并聯(lián)的等效方式），當(dāng)選擇“自動(dòng)”時(shí)，儀器將自動(dòng)選擇。（5）選擇不同的測(cè)量頻率，測(cè)出不同頻率下的電容C和損耗tgδ的值。（可設(shè)置的頻率范圍為：20Hz—150kHz）（6）再分別將內(nèi)偏調(diào)到5V,10V重復(fù)測(cè)量。〈五〉數(shù)據(jù)處理由測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換:C→ε＇；用origin軟件繪圖，繪出ε＇~f和tgδ~f關(guān)系曲線；對(duì)所得曲線進(jìn)行分析：分析，tan