电介质介电常数的测量
固体液体电介质相对介电常数的测定优秀课件
实验仪器
SDK型介电常数测试仪，固体介质测微电极电容系统， 液体介质测试电极电容系统，频率计
交流电桥，游标卡尺，被测液体介质，被测固体介质
实验内容
1.电桥法测固体电介质的相对介电常数
（1）用游标卡尺和测微电极电容系统上的螺旋测微器， 依次测出样品的直径R和厚度t
（2）连接好线路，调节测量电极上、下极板间的间距， 使间距约为样品厚度的1.3倍。用测微电极电容系统上 的螺旋测微计测出间距D的大小
待测样品
图4-11-1 测微电极电容系统
实验原理
一、用电桥法测量固体电介质相对介电常数
C1= C0 + C边1 + C分
1 C2= C串 + C边2 + C
分2 C边1= C边2 、C分1= C分2 C0=ε0 S / D
C串= C2－C1+ C0
C 串 D 0 0 S St rrt0 0S S1rr(D 0St)
固体液体电介质相对介电常数 的测定优秀课件
实验目的
1.掌握固体、液体电介质相对介电常数的测量原理和方法 。 2.学会减小系统误差的实验方法 。
实验原理
一、用电桥法测量固体电介质相对介电常数
一组平行板电极组成的电容器
测微器
r
C2 C1
上电极
物理实验中测量电容量， 较常用的方法是用交流电桥来测量 下电极
Dt t
r
C串t
0SC串Dt
实验原理
二、用频率法测定液体电介质的介电常数
介电常数测试仪内部的电感L和被测试电容C构成LC振荡回路
f1, 2L C
即 C 4 2 1 L f 2 k f 2 2
其 中 k 2 4 1 2 L
介电常数的测试方法
介电常数的测试方法介电常数是衡量物质对电场的响应程度的物理量。
在物理和化学实验中，有几种常见的方法来测试物质的介电常数。
以下是几种常用的测试方法：1. 平行板电容器法：平行板电容器法是最常见的一种测试介电常数的方法。
这种方法使用一对平行的金属板或电介质板来构成一个电容器，将待测物质放置在两个电容板之间，并施加所需电场。
测量物质中的电容和电场的关系，并根据电容公式计算出介电常数。
2. 微波谐振腔法：微波谐振腔法是一种用于测试固体和液体介电常数的方法。
它包括将待测样品放置在微波谐振腔中，并通过测量腔体频率的变化来计算介电常数。
该方法适用于高频率下的测试，并且可以用于非常小的样品。
3. 反射法：反射法是一种通过测量从待测介质表面反射出的电磁波的相位和振幅来测试介电常数的方法。
这种方法可用于各种频率范围内的测试，并且对于不同形状的样品也具有较好的适应性。
反射法还可以通过变换电磁波的入射角度来测量材料对极化过程的响应。
4. 感抗法：感抗法是一种用于测量液体介电常数的方法。
该方法使用感抗元件，如感抗液体电容器或感抗液体电感器，测量材料中的感抗。
通过测量元件的电感或电容来计算出材料的介电常数。
这种方法尤其适用于具有较高介电常数和电导率的液体。
5. 时间域反射法：时间域反射法是一种通过测量电磁脉冲在介质中传播的速度和幅度来测试介电常数的方法。
该方法利用电磁波在介质中传播过程中产生的反射和折射效应来计算介电常数。
时间域反射法在广泛的频率范围内都可适用，并且对于非常复杂的材料也具有较好的适应性。
除了上述方法外，还有许多其他测试介电常数的方法，如横截面波导法、石英晶体共振法、电感耦合等离子体法等。
每种方法都有其特定的适用范围和优缺点。
在实际应用中，选择合适的测试方法取决于待测物质的性质、测试频率范围和所需的精度等因素。
总的来说，通过使用适当的测试方法，可以准确地测量物质的介电常数。
这些测试方法在科学研究、工程设计和材料开发中具有重要的应用价值，可以帮助我们更好地理解和利用材料的电学性质。
电介质材料的介电常数及损耗角正切测试
电介质材料的介电常数及损耗角正切测试介电常数和损耗角正切是描述电介质材料特性的重要参数，在电子工程和材料科学领域具有重要的应用价值。
本文将介绍电介质材料的介电常数和损耗角正切的测试方法和意义。
一、什么是电介质材料的介电常数？电介质材料的介电常数是描述材料对电场的响应能力的物理量，它反映了电介质材料内部存在的电偶极矩的强弱程度。
电偶极矩是电介质材料中正负电荷之间的分离产生的电荷生成的电场，介电常数越大，表示电介质材料对电场的响应能力越强。
二、电介质材料的介电常数测试方法1. 平板电容法平板电容法是一种常用的测量电介质材料介电常数的方法。
这种方法主要通过在电介质材料上施加电压，然后测量材料上产生的电容值，从而计算出介电常数。
2. 微波共振法微波共振法是用于测量电介质材料的介电常数的另一种常用方法。
该方法利用微波的特性，在不同频率下测量材料的反射和透射系数，从而得到材料的介电常数。
三、电介质材料的损耗角正切损耗角正切是描述电介质材料中电能转化为热损耗的能力的物理量。
损耗角正切越大，表示材料对电能的损耗越大。
电介质材料的损耗角正切与介电常数密切相关，通常情况下，介电常数与损耗角正切成反比。
四、电介质材料的损耗角正切测试方法1. 谐振法谐振法是一种测量电介质材料损耗角正切的方法。
该方法通过在材料上施加一定频率和振幅的交流电压，然后测量电压和电流的相位差，通过计算相位差的正切值得到损耗角正切。
2. 微波漏耗法微波漏耗法是另一种测试电介质材料损耗角正切的方法。
该方法通过在微波频率下测量材料的功率损耗，在已知电场强度下计算损耗角正切。
五、电介质材料的介电常数和损耗角正切的意义电介质材料的介电常数和损耗角正切是评价材料电性能的重要指标，对电子器件和电力设备的设计和性能分析具有重要的意义。
介电常数的大小直接影响电容器的容量和电压的分配。
在电子器件中，合适的介电常数可以减小电容器体积，提高装置的性能和可靠性。
损耗角正切是评估材料对电能损耗的能力，它与电介质材料的内部结构和分子极性密切相关。
电介质材料的介电性能测试
电介质材料的介电性能测试电介质材料在电子器件和电力系统中具有重要的应用，其介电性能是评价材料质量和可靠性的重要指标。
介电性能测试是通过一系列测试方法和仪器来评估电介质材料在电场作用下的性能，包括介电常数、介质损耗、绝缘电阻等参数。
本文将简要介绍电介质材料的介电性能测试方法及其应用。
一、介电性能测试方法1. 介电常数测试介电常数是描述电介质材料在电场作用下储存和传输电能能力的重要参数。
常用的测试方法有：（1）并行板法：该方法通过测量电容器的电容值来计算电介质材料的介电常数。
具体步骤是将待测介质固定在两块平行金属板之间，然后测量电容器的电容值。
（2）回波法：该方法基于微波信号在电介质中传播的速度，通过测量信号的传输时间来计算介电常数。
测试时需要利用衰减器和定频放大器等设备，以确保测试结果的准确性。
2. 介质损耗测试介质损耗是指电介质材料在电场作用下吸收和转化电能为热能的能力。
常用的测试方法有：（1）三角法：该方法通过测量电介质材料在高频电场下的导体损耗和介质损耗之比来计算介质损耗的值。
具体步骤是将待测介质固定在电容器之间, 通过改变电容器的频率来测量两种损耗的值。
（2）传输线法：该方法利用特制的传输线测量电介质材料在特定频率下的损耗。
测试时需使用网络分析仪等仪器，通过测量信号的功率损耗来计算介质损耗的值。
3. 绝缘电阻测试绝缘电阻是指电介质材料在电场作用下抵抗漏电流流动的能力。
常用的测试方法有：（1）绝缘电阻表法：该方法通过将待测电介质样品与电极相连，用绝缘电阻表测量电介质材料的绝缘电阻值。
测试需在规定的电压和温度条件下进行。
（2）恒压法：该方法通过给待测电介质样品施加较高的电压来测量绝缘电阻值。
测试时需使用电压源和电流表等设备，以实现电介质样品上常态电流的测量。
二、介电性能测试的应用1. 电子器件领域介电性能测试在电子器件领域中具有重要应用。
例如，在电容器的制造过程中，通过测试介质材料的介电常数和介质损耗，可以评估电容器的质量和性能稳定性。
介电常数的测量实验报告(附数据)
实验题目：介电常数的测量实验目的：测量陶瓷电容的介电常数介电体（又称电介质）最基本的物理性质是它的介电性，对介电性的研究不但在电介质材料的应用上具有重要意义，而且也是了解电介质的分子结构和激化机理的重要分析手段之一，探索高介电常数的电介质材料，对电子工业元器件的小型化有着重要的意义。
介电常数（又称电容率）是反映材料特性的重要参量，电介质极化能力越强，其介电常数就越大。
测量介电常数的方法很多，常用的有比较法，替代法，电桥法，谐振法，Q 表法，直流测量法和微波测量法等。
各种方法各有特点和适用范围，因而要根据材料的性能，样品的形状和尺寸大小及所需测量的频率范围等选择适当的测量方法。
本实验要求学生了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围，掌握替代法，比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法，用自己设计与制作的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数。
实验原理：介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系：SCdr 00εεεε==（1）式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /1085.8120-⨯=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。
一、替代法当实验室无专用测量电容的仪器，但有标准可变电容箱或标准可变电容器时，可采用替代法设计一简易的电容测试仪来测量电容。
这种方法的优点是对仪器的要求不高，由于引线参数可以抵消，故测量精度只取决于标准可变电容箱或标准可变电容器读数的精度。
若待测电容与标准可变电容的损耗相差不大，则该方法具有较高的测量精度。
替代法参考电路如图2.2.6-1(a)所示，将待测电容C x （图中R x 是待测电容的介电损耗电阻），限流电阻R 0(取1k Ω)、安培计与信号源组成一简单串联电路。
合上开关K 1，调节信号源的频率和电压及限流电阻R 0，使安培计的读数在毫安范围恒定（并保持仪器最高的有效位数），记录读数I x 。
介电常数的测量实验报告
介电常数的测量实验报告实验报告：介电常数的测量引言：介电常数是介质对电场的响应程度的度量，它是表征电介质存储能量和电场强度之间关系的物理量。
介电常数的准确测量对于研究电介质的电学性质非常重要。
本实验旨在通过直接测量法测量电容器中液体的介电常数。
实验仪器和材料：1.介电常数测量装置2.电容器3.变压器4.电源5.液体样品（如水、甘油）实验步骤：1.将电容器的两片平行电极分开，清洁并抹干净。
2.将电容器组装起来，使用导线连接电容器和测量装置。
3.打开电源，将变压器连接到电容器上，并调整电源电压到合适的范围。
4.取一定量的液体样品（如水）倒入电容器中，确保液体填满电容器。
5.开始实验，记录电容器的电感、电容和电阻读数。
6.对不同液体样品重复实验，记录数据。
实验数据：液体样品：水电感（H）电容（F）电阻（Ω）0.25.4×10⁻²250.14.8×10⁻²400.35.7×10⁻²30液体样品：甘油电感（H）电容（F）电阻（Ω）0.183.6×10⁻²200.154.2×10⁻²350.23.9×10⁻²25数据处理与分析：根据直接测量法计算介电常数的公式：ε=ε/(ε×ε)，其中ε为介电常数，ε为电感，ε为电容，ε为电阻。
以水为例进行计算。
取电感、电容和电阻的平均值代入公式，得到介电常数的数值如下：电感（H）电容（F）电阻（Ω）介电常数（ε）0.25.4×10⁻²253.70.14.8×10⁻²402.50.35.7×10⁻²305.0通过对其他液体样品的实验数据进行同样的计算，可以得到甘油的介电常数如下：电感（H）电容（F）电阻（Ω）介电常数（ε）0.183.6×10⁻²206.60.154.2×10⁻²353.60.23.9×10⁻²255.1结论：通过直接测量法，我们成功测量了水和甘油的介电常数。
电介质实验报告
124.2
3
0.664
1.506
112.0
4
0.740
1.351
100.6
5
0.828
1.208
91.2
6
0.890
1.124
85.6
表 2 平行板电容器的电容量 C 与间距 d 关系
对上面的数据进行拟合：
图 3 C ~ 1/ d 线性拟合
拟合形式： C k 1 b d
K=(7.20+0.74)×10-14， b = (0.0773 ±1.03) ´10-11
1) 介质板厚度的多次测量
序号
1
2
3
d / mm
1.550
1.554
1.552
表 3 多次测量介质板厚度
可得平均值 d=1.552mm
4 1.552
5 1.550
5
(d d)2
uA d
i 1
5(5 1)
0.002mm ， uB2
d
0.004 0.002mm 3
u d 0.003mm
容量。 2) 测量平板电容器的尺寸，计算真空电容量，并与 2 中的结果作比较。实验中采
用多次测量，介质板厚度取多次测量平均值。 3) 计算介质的相对介电常数。
4. 利用面积不同的介质板，研究平板电容器的电容量与介质面积 S 的关系。测量时应 尽
可能把介质板放置在极板中心。 1) 选取厚度相同直径不同的介电板，用游标卡尺测量直径 R，计算面积 S； 2) 分别将介电板放置在电容器两极板之间，用万能电桥测量对应的电容器所对应
成。在 a、b 两端加上电压后，一般情况下，c、d 两点间有电位差，因此 在指示器中便有电流流过。
介电常数的测试方法
介电常数的测试方法介电常数的测试方法介电常数（dielectric constant，k）是指介电介质中电场强度和电势的比值，它是一个重要的参数，对电子元件工作有着重要的影响。
以下是介电常数的测试方法：一、常用的介电常数测量仪1、电磁场仪：电磁场仪可以测量介质中的垂直电场强度，从而得到介电常数，但它有一定的精度限制，如测量精度只有10kV/m。
2、微波仪：这是一种测量介电介质介电常数的仪器，它可以通过微波电磁测量来测量介电介质的介电常数，其精度高达10-3。
3、介质折射率仪：它可以测量介质折射率，从而确定介电介质的介电常数，但是其精度也不太高，一般只能达到10-2。
4、驻波比测量仪：它通过测量驻波比来求出介质的介电常数，它具有很高的精度，可以达到10-4。
二、常用的介电常数实验1、电容器实验：通过一定的电压打在一个电容器上，求电容器的容量，从而可以求出介电介质的介电常数。
2、阻抗实验：通过在介电介质中放置一个阻抗元件，再用频谱分析仪测量频率，从阻抗元件的抗谐振特性来求出介质的介电常数。
3、电场强度实验：通过在介质中放置一个电场强度传感器，在电场强度场中求出介质的介电常数。
4、多普勒实验：通过在介质中设置一个多普勒实验装置，通过控制电源来测量多普勒效应，从而求出介电介质的介电常数。
三、其他测试方法1、介电弹簧实验：通过介电弹簧实验来求出介电介质的介电常数。
2、有限元分析：通过有限元分析法来求出介电介质的介电常数，但需要一定的计算机知识。
3、量子力学实验：通过量子力学实验来测量介质的介电常数，但这一实验方法的准确性和精度仍然是有局限性的。
介电常数的测试方法十分多样，确定介电常数时要根据不同的环境、需求等选取不同的测量仪器和实验方法，以准确测量介电介质的介电常数。
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电磁学实验
苏州大学物理实验教学中心
【仪器和用具】
5、十进频率计
频率计是测量交变信 号振动快慢的仪器。被 测信号从HF INPUT口输 入，RESOLUTION中对应 10Hz的键按下，显示器 上显示的值即为频率值， 单位为kHz，有指示灯 指示。
电磁学实验
苏州大学物理实验教学中心
【仪器和用具】
电磁学实验
6、游标卡尺
游标卡尺是用来精确测量物体长度的计量器具，可测量一般物体的长度、圆形 物体的外径、内径、容器或孔的深度。测量圆片的直径时，按图中的方位，先移动 副尺使卡口增大，放入被测物体，移动副尺使卡口卡住被测物体（用力适当），读 数时先确定副尺零刻度所对主尺的读数，再确定与主尺对齐的副尺刻度，副尺刻度 每一小格是0.02mm，副尺属于游标刻度，所以不能估读，将主尺和副尺的值相加即 为最终测量值。游标卡尺使用前应进行零位校准，即将副尺推到底，使两卡口接触， 记录主副尺刻度，该读数作为测量值的零位修正值。
电磁学实验
2、交流电桥
DF2826数字电桥是带有
微处理器的智能型交流电
桥。通过操作【参数】按
键可选择测量L（电感）、
C（电容）和R（电阻）。
本实验选择测量电容，选
择后有对应的红色指示灯
点亮。测量电感或电容时，
在测试台的两个电极上会 切换，可选择100Hz、 1kHz 或 10kHz。频率越高测量灵敏度越
检查电极千分尺的零位，将极板间距调到零，接近零位时要慢慢旋动顶部旋钮， 听到“咯、咯”声停止旋转，记录零位读数D0。 按图将固体介质测量电极连接到交流电桥的测试台上。调节极板间距D = 5.000mm （考虑零位修正）。
从交流电桥上记录极板间为空气时的电容 量C1 。将固体样品慢慢放入两极板之间，放 入样品时不得碰到上电极，以免改变极板间 距。记录放入样品时的电容量C2。反复将样 品取出及放入，重复三次记录C1和C2。 用千分尺测出样品的厚度t，用游标卡尺测出 样品直径d ，均应在不同位置重复测量三次。 有效位数的保留参见【仪器和用具】6、7。
电磁学实验
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【仪器和用具】
8、固体电介质样品
固体样品是圆片状的聚四氟乙烯塑料， 该材料具有耐高温、耐腐蚀、绝缘强度高 等特点，故俗称塑料王。
9、液体电介质样品
液体样品是环己烷，该液体无色、无毒、 透明、易挥发。
电磁学实验
苏州大学物理实验教学中心
【实验内容】
电磁学实验
1、电桥法测固体电介质的介电常数
电磁学实验
1、固体测量电极
固体测量电极中上电极与下电
极构成一组平行板电容器。上电
极与千分尺相连，调节千分尺即
可改变平行板电容器的间距，并
从千分尺刻度上读出平行板电容
器极板的间距。电极通过电极引
出插座与测量仪器相连接。该电
极使用前需进行零位校准，校准
方法参见（7.千分尺）。
苏州大学物理实验教学中心
【仪器和用具】
苏州大学物理实验教学中心
【实验原理】
电磁学实验
1、电桥法测量固体电介质介电常数
电极在空气中测量
电极放入介质后测量
C1 C0 C边1 C分1 C2 C串 C边2 C分2
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【实验原理】
电磁学实验
其中： 实验中保持
C0
0S
D
C串
t
εr ε0 S εr (D-t)
C边1 C边2 C分1 C分2
得：
C串 C2 C1 C0
固体电介质介电常数：
εr
ε0
C串 t S C串 (D t)
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【实验原理】
电磁学实验
2、用回归计算法测空气介电常数和分布电容：
空气介电常数近似为真空介电常数0 ，在平行板电容
器中：S0为极板面积，D为极板间距，则系统电容量为：
C
ε0 S0 D
有一个电感线圈L，与外
接电容C 即液体介质测量 电极构成LC振荡回路， 外部电容C 通过面板上的 “电容”插座连接。面 板上输出插座通过电缆 与频率计相连。
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【仪器和用具】
4、液体测量电极
液体介质测量电极由三组 金属极板构成两个电容器，并 放置在玻璃容器内。两个电容 器的电容量一个大一个小，经 开关连接到接线柱上，可由开 关K 选择两个电容器中的一个。
电磁学实验
电介质介电常数 的测量
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目录
电磁学实验
实验目的 实验原理 仪器和用具 实验内容 数据记录与处理 注意事项
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【实验目的】
电磁学实验
1、掌握固体、液体电介质相对介电常数 的测量原理及方法；
2、学习减小系统误差的实验方法； 3、学习用最小二乘法处理实验数据。
f 1
2 LC
C
C0
C分
1
4 2 Lf
2
k2 f2
电极在空气中测量
电极在介质中测量
k2 k2 C02 C01 f022 f021
k2 k2
εr ( C02 C01 )
f
2 2
f12
液体电介质介电常数
1 εr 1
f
2 2
1
f022 1
f
2 1
f
2 01
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【仪器和用具】
有交流电压输出，交流电 高，因此本实验中选择10kHz，同样有对应的红色指示点亮。压的频率由面板上的
记录时读取面板左侧显示器（DISPLAY A）的显示值（电容量），
【频率】按键
显示值的单位由两显示器中间的红色指示灯提示。
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【仪器和用具】
电磁学实验
3、 介电常数测试仪
介电常数测试仪内部
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【仪器和用具】
7、千分尺
如图所示的千分尺是精确测量较小物体长度或圆 形物体外径的计量器具。使用时旋转副尺使测量卡口 间距增大，当被测物能够放入卡口间时，将副尺往回 旋，此时应旋动副尺顶部旋钮，特别在将要卡住被测 物时，旋转要缓慢，当听到有“咯、咯”声音时停止 转动并可读数。读数时首先确定副尺的边所对准的主 尺刻度，再确定主尺中心线所对副尺刻度读数。主尺、 副尺刻度读数之和即为测量值。副尺每旋一周为 0.5mm，一周刻度有50格，每一小格即为0.01mm。千 分尺可以估读，所以读数可记录到0.001mm 位。千分 尺使用前应校准零位，当两卡口接触时即间距为零时， 记录主副尺读数，该读数将作为测量值的零位修正值。
C分
令：C = y ， 1 x
D
得： y a bx ，式中 a = C分，b = 0 S0
回归计算得： 截距a、斜率b、相关系数r、 截距标准偏差Sa、斜率标准偏差Sb。
C分 = a±Sa ， 0 = (b±Sb )/S0
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【实验原理】
电磁学实验
3、频率法测量液体电介质介电常数