介电常数测量
介电常数测定
仪器和用具
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 有交流电压输出，交流电 压的频率由面板上的【频 率】按键 切换，可选择100Hz、 1kHz 或 10kHz。频率越高测量灵敏度越高， 因此本实验中选择10kHz，同样有对应的红色指示灯点亮。记录 时读取面板左侧显示器（DISPLAY A）的显示值（电容量），显 示值的单位由两显示器中间的红色指示灯提示。
• 4.电场强度 • 存在 界 面 极化时，自由离子的数目随电场 强度的增加而增加，其损耗指数最大值的 大小和位置也随此而变 • 在较 高 的 频率下，只要绝缘材料不出现局 部放电，相对介电常数和介质损耗E数与电 场强度无关，
影响因素
• 1.频率 • 只有 少 数 材料，如聚苯乙烯、聚丙烯、聚四氟 乙烯等，在很宽的频率范围内相对介电常数和介 质损耗q数是基本恒定的，因而一般的绝缘材料必 须在它所使用的频率下测量介质损耗因数和相对 介电常数。 • 相对 介 电 常数和介质损耗因数的变化是由于介 质极化和电导而引起的，极性分子的偶极极化和 材料不均匀性导致的界面极化是引起上述变化的 主要原因
介电常数的测定
第二组
概念
• 绝缘材料的介电常数，是表示在单位电场理
绝缘 材 料 的相对介电常数是电极间 及其周围的空间全部充以绝缘材料时， 其电容Cx同样构型的真空电容器的电 容C。之比:
测试标准：GB1409-88
试样制备
测定 材 料 的相对介电常数，最好采用片状试样， 也可以采用柱状试样 在测 定 介电常数值时，最大的误差来自试样尺 寸的误差，尤其是厚度的误差，对于1%的精度 来说1.5 m m的厚度就足够了;对于更高的精度要 求则试样应更厚些‘
介电常数的测量
University of Science and Technology of China96 Jinzhai Road, Hefei Anhui 230026,The People ’s Republic of China固体与液体介电常数的测量(以及液体中光速的计算)一、实验目的:(1) 运用比较法粗测固体电介质的介电常数; (2) 运用比较法法测量固体的介电常数;(3) 谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率); (4) 学习其测量方法及其物理意义，练习示波器的使用，(并由此推算出光在不同液体中的传播速度。
)二、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==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 。
比较法：比较法的电路图如右图图一所示。
此时电路引入的参量少，测量精度与标准电容箱的精度密切相关。
实际测量时，我们用双踪示波器观察信号变化情况，调节电容箱和电阻箱的输出大小,使两路信号相位相同，并且12X V V =，此时标准电容箱的输出电容值即为待测电容的电容大小。
谐振法：1、交流谐振电路：在由电容和电感组成的LC 电路中，若给电容器充电，就可在电路中产生简谐形式的自由电振荡。
若电路中存在交变信号源，不断地给电路补充能量，使振荡得以持续进行，形成受迫振动，则回路中将出现一种新的现象——交流谐振现象。
RL 串联谐振电路如下图图二所示其中电源和电阻两端接双踪示波器。
电阻R、电容C 和电感串联电路中的电流与电阻两端的电压是同相位的，但超前于电容C 两端的电压2π ，落后于电感两端的电压2π，如图三所示。
电路总阻抗：Z回路电流：V I Z==电流与信号源电压之间的位相差：1arctan i L C R ωωϕ⎛⎫- ⎪=- ⎪⎪⎝⎭找到RLC 串联电路的谐振频率，如果已知L 的值，就可以得出C 的大小。
高频介电常数测试方法
高频介电常数测试方法引言：高频介电常数是指物质在高频电场中的电极化能力，是一个重要的物性参数。
准确测量高频介电常数对于研究材料的电学性质、设计电子器件以及开发新材料具有重要意义。
本文将介绍几种常用的高频介电常数测试方法。
一、共振法共振法是一种常用的测试高频介电常数的方法。
它基于材料在特定频率下的共振现象进行测量。
具体操作是将被测物质制成特定形状的试样，通过改变试样的尺寸或形状来调整共振频率，然后通过测量共振频率和质量等参数来计算高频介电常数。
二、微波谐振腔法微波谐振腔法是一种基于微波谐振腔的测试方法。
它利用微波在腔体内的传播特性来测量材料的高频介电常数。
具体操作是将被测物质放置在微波谐振腔内，通过测量谐振频率和腔体的谐振模式来计算高频介电常数。
这种方法具有测量精度高、操作简便等优点。
三、反射法反射法是一种基于测量材料对电磁波的反射特性来测试高频介电常数的方法。
它通过测量材料对电磁波的反射系数和相位差来计算高频介电常数。
具体操作是将被测物质制成特定形状的试样，通过测量电磁波在试样上的反射特性来计算高频介电常数。
这种方法适用于各种材料，但需要考虑反射系数的衰减等影响因素。
四、电容法电容法是一种基于测量材料的电容来测试高频介电常数的方法。
它通过测量材料在不同频率下的电容值来计算高频介电常数。
具体操作是将被测物质制成电容结构，通过测量电容值和频率等参数来计算高频介电常数。
这种方法简单易行，但需要考虑电容结构的几何形状和电极间距等因素对测量结果的影响。
五、矢量网络分析法矢量网络分析法是一种基于测量传输线上电磁波的特性来测试高频介电常数的方法。
它通过测量传输线上的电压和电流来计算高频介电常数。
具体操作是将被测物质放置在传输线上，通过测量传输线上的S参数和频率等参数来计算高频介电常数。
这种方法适用于复杂的材料和结构，但需要考虑传输线的特性和匹配问题。
结论：高频介电常数的准确测量对于研究材料的电学性质和开发新材料具有重要意义。
有机溶剂介电常数测定
有机溶剂的介电常数是描述溶剂在电场中对电荷分布和电场强度变化的响应能力的物理量。
在测定有机溶剂的介电常数时，可以采用以下几种方法：静电容量法：通过测量装有溶剂的平行板电容器的电容值，利用电容值和电容器的几何参数计算介电常数。
这种方法适用于介电常数较低的溶剂。
静电热电法：通过测量溶剂样品被粉末热电偶加热后的瞬时温度变化，结合热传导定律，计算介电常数。
微波测试法：利用微波在溶剂中传播时发生的相位变化和能量损耗，来计算介电常数。
光纤传感法：利用光纤传感器测量溶剂中的光的传播速度和损耗，从而计算介电常数。
需要注意的是，不同方法的适用范围、精度和实验操作都有所不同，选择合适的方法取决于溶剂的性质和实验条件。
在进行测定时，还需要进行一系列的实验控制和数据处理，以提高测量的准确性和可靠性。
介电常数测试方法国标
介电常数测试方法国标
介电常数是描述物质对电场的响应能力的物理量，也是一种重要的材
料参数。
它的测试方法在国际上已经标准化，以确保测试结果的准确性和
可比性。
接下来将介绍介电常数的测试方法国标，包括ASTM标准和IEC
标准，并对其进行比较和分析。
ASTMD150标准是用于固态绝缘材料介电常数测量的标准方法。
首先，样品被切割为规定的几何形状，如圆盘、片状或柱状。
然后，使用特定频
率的交流电场在样品上施加电压。
根据外加电场引起的样品极化程度来测
量介电常数。
ASTMD150还规定了测试条件、测试设备和测试结果的计算
方法。
对于这两个标准，有几个方面需要注意。
首先是测试频率的选择。
不
同频率下，材料的介电常数可能会有所不同。
因此，在进行介电常数测试时，需要在规定的频率范围内选择适当的频率。
其次是测试温度的影响。
温度对材料的介电常数也会有影响，因此需要在规定的温度下进行测试，
并校正温度的影响。
另外还有一些其他的介电常数测试方法，如微波谐振腔法、差分电容
法和电容测量法等。
这些方法在特定情况下可能更为精确或适用于特定材料。
国际上也有一些相关标准，如ASTMD2520和ASTMD1169，用于特定材
料的介电常数测试。
介电常数的测量
实验题目：介电常数的测量实验目的：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。
实验数据：表一：替代法测量电容数据表二：比较法测量电容数据表三：谐振法测量电容数据4、电桥法5、仪器常数（1）压电陶瓷几何尺寸直径d=(24.65±0.02)mm （P=0.95） 厚度h=(0.194±0.010)mm （P=0.95） （2）电容箱示值准确度 10×0.1μF 组±0.5% 10×0.01μF 组±0.65% 10×0.001μF 组±2% 10×0.0001μF 组±5%数据处理：介电常数的计算公式可以被统一化为2020004)2(d Ch d Ch S Ch r πεπεεεεε====1、 替代法那么根据公式计算出错误！未找到引用源。
1.204×103下面求不确定度： 测量列的标准差为：1)()(2--=∑n C CC ii xx σ错误！未找到引用源。
=0.00008μF取P=0.95，查表得t 因子t P =2.57，那么测量列不确定度的A 类评定为F F nC t x Pμμσ00008.0600008.057.2)(=⨯= 根据给定的电容箱的参数，可以计算得测量列不确定度的B 类评定 错误！未找到引用源。
=（0.02×0.65%+0.006×2%+0.0002×5%）μF =0.00026μF所以测量列的展伸不确定度为 95.0,0003.000026.000008.0])([)(2222==+=+=P F F u nC t C U B x Px μμσ根据介电常数的计算公式和不确定度的传递原则，有2222])(2[])([])([])([dd U h h U C C U U xx rr ++=ε那么3222322210064.0)65.2402.0()194.0010.0()0262.00003.0(10204.1])(2[])([])([)(⨯=++⨯⨯=++=d d U h h U C C U U xx r r εε 故最终结果写成：95.0,10)06.020.1()(3=⨯±=±=P U r r r εεε2、比较法，得到下表故错误！未找到引用源。
材料介电常数测试方法
材料介电常数测试方法材料介电常数测试方法通常涉及使用电感耦合等离子体(ICP)方法或磁电耦合等离子体(MCNP)方法。
以下是两种常用的介电常数测试方法:1. 电感耦合等离子体(ICP)测试方法该方法的基本流程是,将待测材料放置在一个等离子体源中,利用等离子体与电子的作用生成带电粒子,这些带电粒子会在磁场的作用下被束缚在材料表面,从而测量出材料表面的电场和磁场分布。
根据材料表面的电场和磁场分布可以计算出其介电常数。
具体来说,ICP测试方法通常包括以下步骤:材料处理:将待测材料放置在一个等离子体源中,使其表面形成充分的电导。
等离子体生成:利用高能量脉冲等离子体源产生等离子体,通常使用Oxy-CdTe等离子体室来获得高质量的等离子体。
带电粒子注入:向等离子体中注入带电粒子,通常是以电子的形式注入。
磁场控制:使用磁场控制系统控制带电粒子的路径,从而测量材料表面的电场和磁场分布。
数据分析:根据测量结果,可以计算出材料的介电常数。
2. 磁电耦合等离子体(MCNP)测试方法与ICP测试方法类似,MCNP测试方法也涉及等离子体与电子的作用生成带电粒子,但与ICP测试方法不同的是,MCNP测试方法使用磁电耦合等离子体技术,利用磁场和电场的相互作用来测量材料表面的电学性质。
具体来说,MCNP测试方法通常包括以下步骤:材料处理:将待测材料放置在一个磁场源中,使其表面形成充分的电导。
等离子体生成:使用电子束等离子体源产生等离子体,并利用磁场控制系统控制等离子体中电子的束流方向,从而生成带电粒子。
磁场控制:在材料表面形成磁场,并使用控制系统控制带电粒子的路径。
数据分析:根据测量结果,可以计算出材料的介电常数。
两种测试方法可以互相补充,交替使用,以获得更准确和可靠的介电常数测量结果。
介电常数的测量
实验七 介电常数的测量ε和损耗角tgδ的温度和频率特性，可以获取物质内部 测量物质在交变电场中介电常数r结构的重要信息。
DP—5型介电谱仪内置带有锁相环(PLL)的宽范围正弦频率合成信号源和由乘法器、同步积分器、移相器等组成的锁定放大测量电路，具有弱信号检测和网络分析的功能。
对填充介质的平行板电容器的激励信号的正交分量(实部和虚部)进行比较、分离、测量，检测介电频率谱和温度谱。
作为大学物理实验的内容，具有测量精度高、方法新颖、知识性和实用性强等特点。
[目的要求]ε和损耗角tgδ的温度和频率特性。
1．学习用介电谱仪测量物质在交变电场中介电常数r2．了解带有锁相环(PLL)的正弦频率合成信号源和锁定放大测量电路的原理和结构。
3．掌握对信号的正交分量(实部和虚部)进行比较、分离、测量的方法。
[实验原理]图1测量原理图原理如图1所示.置于平板电极之间的样品，在正弦型信号的激励下，等效于电阻R和电容C的并联网络。
其中电阻R是用来模拟样品在极化过程中由于极化滞后于外场的变化所引起的能量损失。
若极板的面积为A，间距为d，则：R=d/Aσ， C=εA／d， tgδ=1／ωRC=σ／ωε式中ε=εoεr，εo为真空介电常量，σ为与介电极化机制有关的交流电导率。
设网络的复阻抗为Z，其实部为Z’，虚部为Z″，样品上激励电压为Vs(基准信号)，通过样品的电流由运放ICl转化为电压Vz：(样品信号)，用V’s，V″s和V″z分别表示其实部和虚部，则有：Vz＝RnVs／Z， σ=K(V’sV’z+V″sV″z)， ωε=K(V’sV″z-V″sV’z)tgδ=(V’sV’z+V″sV″z)/ (V’sV″z-V″sV’z)式中K=d／ARn(V’sV’s+V″sV″s)。
电压的实部和虚部通过开关型乘法器IC2和π／2移相器IC3实现分离后测量。
IC2的作用是将被测正弦信号Vz(或Vs)与同频率的相关参考方波Vr相乘。
本系统测量时通过移相微调电路使Vr和vs同相位，即Vs的虚部V″s=O，测量公式简化为：σ=K’V’z， ωε=K’V″z, tgδ=V’z/V″z式中K’＝d／(ARnV’s)．图中K指向1时测量V’s，指向2时测量V’z和V″z。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
测量介电常数的方法探究
班级:
姓名:
序号:
学号:
学院:
测量介电常数的方法探究
介电常数应用在科技的方方面面，但是如何测得介电常数以保证需要呢，本文就几种主流测量方法进行了探究。
主流的测量介电常数的方法即空间波法和探针法。
空间波法：空间波法是一种介电常数的实地检测法。
用该方法测量介电常数时，可以将测量仪器拿到被测物所在位置进行无损的实地测量，可获得最接近微波遥感真实值的介电常数。
微波遥感的典型目标，如土壤、沙地岩石、水体、冰雪、各类作物、各类草地、森林等，当其表面统计粗糙度远远小于所使用的波长时可用菲涅尔反射系数描述其介电常数与观测角之间的关系：
R
∥
=（cosθ- εr−sin2θ）/（cosθ+ εr−sin2θ）（1）
R
⊥
=（εr cosθ- εr−sin2θ）/（εr cosθ+ εr−sin2θ）（2）
其中εr为目标物的相对介电常数，R
∥为水平极化反射系数，R
⊥
为垂直极化反
射系数，θ为入射角。
只要测得以上参数，经过绝对定标或者相对定标后，通过数学运算就可以反演得到介电常数。
空间波测量介电常数是利用菲涅尔反射定律进行的，要求所用波长大于被测目标的统计粗糙度，在粗糙度大时会影响精度，这时必须引入粗糙度修正量。
可以利用加大观测角以提高粗糙表面物的测量精度，从实际中，对土壤、草丛、冰的测量结果看是比较好的。
探针法：在探针法实地测量介质介电常数时，探针的位置一般有两种：即全部没入待测介质中和探针位于空气和介质构成的接触面上。
在两种情况下，样品的介电常数都可以通过在非谐振时测量的反射波、传输波或者谐振时测量的谐振频率和3dB带宽等参数来反演得到。
探针法测量介电常数，可以使用的探针有：单极振子、波导和同轴线等。
相对于其他探针，单极振子的结构简单，测量方便，且可以获得相对比较精确地测量结果，是目前探针法实地测量介电常数研究中的一个热点。
单极振子：用单极振子探针法测量介电常数主要是通过测量反射系数ρ、
天线的输入阻抗Z
n （或导纳Y）、S参数、天线谐振长度h
r
和激励电阻抗R
r
或谐
振频率f
s
和3dB带宽的变化等来反眼。
这些放发根据原理和测量值的不同可以
分为反射法、传输发和谐振法。
波导探针：微波可以穿透介质并且在不连续点产生的反射波与介质的电特性有关，由此发展了许多使用微波非破坏性技术来测量材料在微波频率的电磁性质。
现有一种在8-12GHz频率范围内使用一个边缘开端矩形波导探针同时测材料的复介电常数和导磁率的技术。
在该技术中，由非连续接触面的边界条件，得到了关于未知孔径电厂的两个积分等式（EFLE`s）。
假定探针孔径中的总电场不仅包
括TE
10
模，而且还有无限的高阶模式，由矩量法可以解决EFLE`s。
当孔径的电厂精确决定之后，其他相关的系数如主模下探针的输入导纳和反射系数等，都可以计算出来，从而很容易得到介质的介电常数。
同轴线探针：这是很常见的一种测量介电常数的方法，同时也是地物（特别是植被）宽带测量介电常数的一种较为精确和方便的方法。
介电常数εφ的测量方法建立在传输线理论、特性阻抗和传输常熟基础上，以一定函数关系同实际可测量值之间存在联系。
这里测量的是介质端接同轴线探针引起的矢量反射系数ρ，在探针顶端ρ的表达式为：
ρ=Z L−Z0
Z L+Z0
=
Y0−Y L
Y0+Y L
在同轴探针法测量介电常数的基本原理上，又有人提出了针对各种具体情况下改进的测量方法。
如FadhelM.Ghannouchi等早他们的文章中描述了使用自动流端口反射计来非破坏性宽带测量介电常数的方法。
他们提出的方法对于测量相对高损耗的液体是非常适用的，可以获得精确的结果。
Katie Stacbell等提出使用开端同轴线作为传感器和用准静态分析来模拟同轴孔径的方法。
这个理论提出了一个是系统更加完善的修正方案，而从材料反射和传输的电磁波包含着的有用信息可以确定和材料相关的电特性。