介电性能的测量原理
实验三： 电介质材料介电性能的测试
经推导(1)介电常数：
(1)
式中：C1—标准状态下的电容量；
C2—样品测试的电容量；
d—试样的厚度(cm)；
Φ—试样的直径(cm)；
(2)介质损耗角正切：
(2)
式中：Q1—标准状态下的Q值；
Q2—样品测试的Q值；
(3) Q值：
(3)
【实验内容】
1、本仪器适用于110V/220V，50Hz交流电，使用前要检查电压情况，以保证测试条件的稳定。
3、掌握室温下用高频Q表测定材料的介电常数和介质损耗角正切值。
【实验仪器】
1、仪器设备：
(1) TH2818阻抗分析仪、电感箱、样品夹具等；
(2)千分游标卡尺；
(3)导电银浆；
2、样品要求：圆形片：厚度2±0.5mm，直径为Φ38±1mm。
【实验原理】
按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。当固体电介质置于电场中后会显示出一定的极性，这个过程称为极化。对不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。
Q表的测量回路是一个简单的R—L—C回路，如图1所示。当回路两瑞加上电压V后，电容器C的两端电压为Vc，调节电容器C使回路谐振后，回路的品质因数Q就可以用下式表示：
式中：L—回路电感；
R—回路电阻；
Vc—电容器C两端电压；
V—回路两端电压；
图1 Q表测量原理图
由上式可知，当输入电压V不变时，则Q与Vc成正比。因此在一定输入下，Vc值可直接标示为Q值。Q值表即根据这一原理来制造。
2、试样厚度对介电常数的测量有何影响，为什么？
答： ，试样厚度越大，介电常数越大。
3、电场频率对极化、介电常数和介质损耗有何影响，为什么？
材料的介电常数和磁导率的测量
无机材料的介电常数及磁导率的测定、实验目的1. 掌握无机材料介电常数及磁导率的测试原理及测试方法。
2. 学会使用Agilent4991A 射频阻抗分析仪的各种功能及操作方法。
3. 分析影响介电常数和磁导率的的因素。
二、实验原理1. 介电性能介电材料(又称电介质)是一类具有电极化能力的功能材料，它是以正负电荷重心不重合的 电极化方式来传递和储存电的作用。
极化指在外加电场作用下，构成电介质材料的内部微观粒子， 如原子，离子和分子这些微观粒子的正负电荷中心发生分离，并沿着外部电场的方向在一定的范围 内做短距离移动，从而形成偶极子的过程。
极化现象和频率密切相关，在特定的的频率范围主要有 四种极化机制：电子极化(electronicpolarization ， 1015Hz)，离子极化(ionic polarization ， 10 〜10 Hz)，转向极化(orientation polarization , 10 〜10 Hz)和空间电荷极化(space charge polarizati on , 103Hz)。
这些极化的基本形式又分为位移极化和松弛极化，位移极化是弹性的，不 需要消耗时间，也无能量消耗，如电子位移极化和离子位移极化。
而松弛极化与质点的热运动密切 相关，极化的建立需要消耗一定的时间，也通常伴随有能量的消耗，如电子松弛极化和离子松弛极 化。
相对介电常数(£),简称为介电常数，是表征电介质材料介电性能的最重要的基本参数， 它反映了电介质材料在电场作用下的极化程度。
& 的数值等于以该材料为介质所作的电容器的电 容量与以真空为介质所作的同样形状的电容器的电容量之比值。
表达式如下：式中C 为含有电介质材料的电容器的电容量； G 为相同情况下真空电容器的电容量；A 为电极极板 面积；d 为电极间距离；& 0为真空介电常数，等于8.85 X 10-12F/m 。
另外一个表征材料的介电性能的重要参数是介电损耗，一般用损耗角的正切(tan S)表示。
介电测试的原理及应用
介电测试的原理及应用1. 简介介电测试是一种用于研究固体、液体以及气体等材料电介质性质的测试方法。
通过对材料进行电场作用，测量其对电场的响应，以获得材料的介电性能参数。
本文将介绍介电测试的基本原理，并介绍其在电子、通信、能源等领域的应用。
2. 介电测试原理介电测试基于介电材料在外加电场中的行为，通过测量材料的电容和电阻等参数来研究其介电性质。
下面是介电测试的基本原理：2.1 电介质极化当介电材料处于外加电场中时，其分子或原子会受到电场的极化作用。
这种极化可以是定向排列或者是异向排列的。
定向极化是指介电材料内的分子或原子在电场作用下由于定向排列而导致的极化，而异向极化是指介电材料内的分子或原子在电场作用下由于非定向排列而导致的极化。
2.2 介电常数和介质损耗介电常数是一个反映介电材料导电性能的重要参数。
在外加交变电场中，介电材料会发生介质损耗，即电能消耗和转化为热能的过程。
介质损耗可以通过介电材料的复电容和复介电常数来描述，其中复电容和复介电常数是实部和虚部的复数。
2.3 介电弛豫和极化机制介电测试还可以研究介电材料的弛豫现象和极化机制。
弛豫是介电材料在电场作用下，分子或原子由于外加电场的改变而产生的瞬时性极化，并且随着时间的推移逐渐恢复到原来的状态。
极化机制是指介电材料内部极化过程的具体机理，比如电子极化、离子极化和空穴极化等。
3. 介电测试的应用介电测试在许多领域都有着重要的应用，以下是几个典型的应用场景：3.1 电子行业在电子行业中，介电测试被广泛应用于电子元器件的研发和生产过程中。
通过测量电容、介电常数和介质损耗等参数，可以评估电子元器件的性能和可靠性，并优化设计和制造工艺。
3.2 通信行业在通信行业中，介电测试常用于光纤通信系统中的光缆和光纤材料的质量检测。
通过测量光缆材料的介电常数和介质损耗，可以判断光缆的传输性能和损耗情况，并确保光纤通信系统的正常运行。
3.3 能源行业在能源行业中，介电测试被广泛应用于电池和储能设备的研发和生产中。
介电常数测试原理
介电常数测试原理
介电常数（Dielectric constant）是一个描述物质电介质特性的
物理量。
它表示了一种介质相对于真空（或其他参考介质）的电容性能。
在测试介电常数的实验中，首先需要制备一个被测物质的样品，这个样品可以是固体、液体或气体，具体的形式根据被测物质的性质而定。
接下来，需要使用一个电容器，这个电容器一般由两个平行的金属板组成，中间夹着被测介质样品。
两个金属板的距离可以根据实际需要进行调节。
在实验中，首先将电容器接入一个电源，使其形成一个电路。
然后，通过测量电容器中的电压和电容器上施加的电压之间的关系，就可以得到被测介质的介电常数。
具体而言，可以使用一个电容-电压测试仪或者其他电测设备来进行测量。
测量的原理是，介质中的电场会导致介质中的电子和离子移动，从而引起电极上的极化现象。
极化过程会在电极上产生一个额外的电荷，这个电荷与电极上施加的电势有关。
通过测量电容器的电压和施加在电容器上的电压，可以推导出被测介质的介电常数。
需要注意的是，在实际测量过程中，还需要考虑到被测介质的温度、湿度和压力等因素对介电常数的影响。
因此，在测量时，还需要保持一定的环境条件，并进行相应的修正计算，以获得准确的介电常数值。
总之，介电常数测试是通过测量电容器中电压和施加电压之间的关系，得到被测介质的介电常数的一种方法。
这种测试方法广泛应用于材料科学、电子工程等领域，为相关领域的研究提供了重要的实验数据。
电容法测试介电常数
电容法测试介电常数介电常数是描述介质电性质的物理量，它反映了介质在电场中的响应能力。
在工程领域和科学研究中，准确测量介电常数对于研究材料的电性质以及设计电子元器件至关重要。
电容法是一种常用的测量介电常数的方法，本文将探讨电容法测试介电常数的原理、步骤和应用。
一、电容法测试介电常数的原理电容法是通过测量电容器在不同介质中的电容变化来确定介电常数的一种方法。
其基本原理是根据电容器的电容公式C=εA/d，其中C为电容，ε为介电常数，A为电容器的极板面积，d为极板间的距离。
当电容器中充满不同介质时，介质的介电常数ε会影响电容器的电容值。
因此，通过测量电容器在不同介质中的电容变化，可以间接地得到介质的介电常数。
二、电容法测试介电常数的步骤1. 准备工作：选择合适的电容器和介质样品。
电容器通常选择平行板电容器或圆柱电容器，而介质样品可以是固体、液体或气体。
2. 测量电容：将电容器与待测介质连接，通过电容计测量电容器的电容值。
此时，电容器中充满了待测介质。
3. 更换介质：将待测介质更换为其他介质，重复第2步的测量。
可以选择多种不同介质进行测量。
4. 计算介电常数：根据电容公式C=εA/d，利用测得的电容值和已知参数计算介质的介电常数。
三、电容法测试介电常数的应用电容法测试介电常数在科学研究和工程应用中具有广泛的应用价值。
1. 材料研究：通过测量不同材料的介电常数，可以了解材料的电性质，为材料的选取和设计提供依据。
例如，在电子器件设计中，选择具有合适介电常数的材料可以减小电容器的体积和提高性能。
2. 电介质性能评估：介电常数是评估电介质性能的重要指标之一。
通过测试介电常数，可以评估电介质的绝缘性能、能量存储能力等，为电力系统和电子设备的设计和运行提供参考。
3. 电子元器件设计：在电子元器件中，介电常数对于电容器的性能至关重要。
通过电容法测试介电常数，可以选择合适的介质材料，提高电容器的性能和稳定性。
4. 环境监测：某些液体介质的介电常数随温度、湿度等环境因素的变化而变化。
tanδ测量标准
tanδ测量标准tanδ是电气工程中用来描述材料介电性能的一个参数。
它是介质中非线性响应的一种测量方式，可以测量介质的电阻损耗和电容损耗，并通过tanδ值来评估材料的性能和质量。
在直流电路中，电阻是电流通过导体时的能量损耗，而电容则是电流在介质中储存和释放的能量。
然而，在交流电路中，介质的电阻和电容都会引起能量损耗，由于介质本身的特性，会导致介质内部发生能量转换的现象。
这种现象被称为介质的损耗。
在交流电路中，当电流通过介质时，会在电阻中消耗一部分能量，并在电截中以电场形式储存和释放电能。
而介质的损耗则包括电阻损耗和电容损耗。
电阻损耗是指介质内各种不完善和不均匀因素引起的电流通过介质时的能量损耗。
电容损耗是指介质中的电场储存和释放能量的损耗。
tanδ被定义为介质中电阻损耗与电容损耗的比值。
它表示了介质中能量损耗的程度和相对大小。
tanδ越小，说明介质的损耗越小，介质的电能储存和转换能力越强。
而tanδ越大，说明介质的损耗越大，介质的电能储存和转换能力越弱。
tanδ可以用来评估介质的质量和性能。
在电力系统中，大部分电气设备的绝缘材料都会由于长时间的工作和外界环境的影响而发生老化和破损。
当绝缘材料老化或破损时，会导致绝缘材料的性能下降，电介质中的损耗增加。
通过测量绝缘材料中tanδ的值，可以及时发现绝缘材料的老化和破损情况，以及绝缘材料中的缺陷和损伤。
在电力设备的选型和质量控制过程中，tanδ也是一个非常重要的参数。
通过测量不同材料的tanδ值，可以对材料的质量进行比较和评估。
通常情况下，tanδ值越小的材料，在电力设备中的使用寿命越长，质量越好。
因此，电力设备制造商在选材和定位的过程中，会将tanδ作为一个评估材料性能和质量的重要参数。
tanδ的测量方法通常采用交流桥电路的原理。
交流桥电路通过测量电压和电流的相位差来计算tanδ值。
实际测量中，通过正弦波激励电源产生的电压和电流，并测量两者之间的相位差，然后根据tanδ的定义来计算tanδ的值。
(完整word版)材料物理性能 实验五材料介电常数测定
材料介电常数的测定一、目的意义介电特性是电介质材料极其重要的性质。
在实际应用中，电介质材料的介电系数和介电损耗是非常重要的参数。
例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大而介电损耗尽量小。
相反地，制造仪表绝缘机构和其他绝缘器件的材料则要求介电系数和介电损耗都尽量小。
而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。
所以，研究材料的介电性质具有重要的实际意义。
本实验的目的：①探讨介质极化与介电系数、介电损耗的关系； ②了解高频Q 表的工作原理;③掌握室温下用高频Q 表测定材料的介电系数和介电损耗角正切值。
二、基本原理2。
1材料的介电系数按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同性的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。
当固体电介质置于电场中后,固有偶极子和感应偶极子会沿电场方向排列,结果使电介质表面产生等量异号的电荷，即整个介质显示出一定的极性,这个过程称为极化。
极化过程可分为位移极化、转向极化、空间电荷极化以及热离子极化.对于不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。
（1）材料的相对介电系数ε 介电系数是电介质的一个重要性能指标。
在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电系数。
此外,由于介电系数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式.所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究还可以推断绝缘材料的分子结构。
介电系数的一般定义为:电容器两极板间充满均匀绝缘介质后的电容，与不存在介质时(即真空)的电容相比所增加的倍数。
其数学表达式为 0a x C C ε= （1) 式中 x C ——两极板充满介质时的电容； 0a C —-两极板为真空时的电容；ε——电容量增加的倍数，即相对介电常数.从电容等于极板间提高单位电压所需的电量这一概念出发,相对介电常数可理解为表征电容器储能能力程度的物理量。
从极化的观点来看，相对介电常数也是表征介质在外电场作用下极化程度的物理量。
电缆介电常数的测量
电缆介电常数的测量电缆是现代通信和电力传输中不可或缺的重要组成部分。
电缆的性能直接影响着信号传输的质量和能量的损耗。
而电缆的介电常数是衡量电缆绝缘性能的重要指标之一。
本文将介绍电缆介电常数的测量方法和意义。
一、电缆介电常数的定义和意义介电常数，又称相对介电常数或相对电容率，是介质相对真空的电容率。
它反映了介质的绝缘性能。
电缆介电常数的测量对于判断电缆绝缘性能的好坏和合理选用电缆具有重要意义。
电缆的介电常数越小，说明电缆的绝缘性能越好，信号传输的质量越高。
而电缆的介电常数越大，说明电缆的绝缘性能越差，信号传输的质量越低。
1. 电桥法电桥法是一种常用的测量电缆介电常数的方法。
它利用电桥平衡原理，通过测量电缆两端的阻抗差异来计算介电常数。
2. 高频法高频法是一种利用高频信号测量电缆介电常数的方法。
它通过在电缆上施加高频信号，测量电缆的反射和传输特性，从而计算出电缆的介电常数。
3. 空气法空气法是一种利用空气介质来测量电缆介电常数的方法。
它通过将电缆插入空气中，利用空气的介电常数与电缆介电常数的对比，从而计算出电缆的介电常数。
三、电缆介电常数的影响因素1. 绝缘材料的性质绝缘材料的性质是影响电缆介电常数的重要因素之一。
不同的绝缘材料具有不同的介电常数，从而影响着电缆的绝缘性能。
2. 温度温度是影响电缆介电常数的重要因素之一。
随着温度的升高，电缆的介电常数往往会发生变化。
因此，在测量电缆介电常数时，需要考虑温度的影响。
3. 湿度湿度是影响电缆介电常数的另一个重要因素。
湿度的增加会导致电缆介电常数的增大，从而影响电缆的绝缘性能。
四、电缆介电常数的应用领域1. 通信领域电缆介电常数的测量在通信领域具有重要应用。
通过测量电缆的介电常数，可以评估电缆的传输性能，从而选择合适的电缆用于通信传输。
2. 电力传输领域电缆介电常数的测量在电力传输领域也具有重要应用。
通过测量电缆的介电常数，可以评估电缆的绝缘性能，从而确保电力传输的安全和稳定。
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电导时tan与频率ω的关系
介电损耗的形式
电介质在电场作用下，内部通过的电流包括：
（1）电容电流：由样品的几何电容充电引起电流（位 移电流）；
（2）吸收电流：由松弛极化引起，是介质在交变电压 作用下引起介质损耗的主要来源； （3）漏电电流：由介质电导引起，与自由电荷有关， 使介质产生电导损耗。
电介质在电场作用下具体损耗的能量主要包括：
电桥平衡时
tan C4 R4
R4 Cx CN R3 R4 1 tan CN R 3
2
CN
C4
——标准电容 ——可调电容
西林电桥法
R4
R3
——固定电阻
——可调电阻
当频率为几十千赫到几百兆赫范围时，可用 集总参数的谐振法进行测量，如图所示
击穿电场强度测定
绝缘材料的击穿电场强度以平均击穿电场强 度 EB 表示 uB EB d
2
s
u 2 I S ln D2 D1
管状试样
u2 L g v = r I v ln 2 r 1
u 2 r2 s IS g
电极材料可用粘贴铝箔、导电橡皮、真空镀铝、胶体石墨等
相对介电常数（εｒ）测试
相对介电常数通常是通过测量试样与电极组成 的电容、试样厚度和电极尺寸求得。
场强度E之比ε= D/E ，其单位为F/m 。
介电常数小的电介质，其分子为非极性或弱极性结构， 介电常数大的电介质，其分子为极性或强极性结构。
介电常数是表征电介质的最基本的参量，是衡量电介 质在电场下的极化行为或储存电荷能力的参数。
电介质电容、介电常数 真空电容 C0=Q0/V=0s/d 电介质电容 C=Q/V=ros/d 相对介电常数 εr = C/C0
u B ——击穿电压
d ——试样的平均厚度
击穿电压可用静电电压表、电压互感器、放电球隙 等仪器并联于试样两端直接测出。 击穿电压很高时，需采用电容分压器。 冲击电压下的击穿电场强度测试，一般用冲击电压发 生器产生的标准冲击电压施加于试样，逐渐升高冲击电 压的峰值直至击穿。
冲击电压可用50%球隙放电法，也可用阻容分压器加 上脉冲示波器或峰值电压表测量。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
谐振回路法
测量范围：40KHZ～200MHZ 测量原理：
依据谐振回路的谐振特性进行测量的。 根据谐振时角频率ω与回路的电感、电容之 间的特定关系式，求得Cx和tanδX。
阻抗矢量法
测量范围：0.01HZ～200MHZ 测量原理： 通过矢量电压一电流的比值的测量来确 定复阻抗的，进而获得网络、元件或材料 的有关参数。
介电性能的测量原理
介电性能的测量原理
介电常数 介质损耗 击穿电场强度 测量方法 测试内容
介电性能定义：
介电性能是指在电场作用下,表现出对静 电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数 和介质损耗来表示.
介电常数
定义：
dielectric constant
介电常数，又称电容率（permittivity ）,是电位移D与电
基本公式
平行板电容器
Dielectric
Co = Q/V = oA/d
C = A/d
r= /o
介电损耗
定义：
Dielectric loss
介质的介电损耗是指电介质在单位时间内每 单位体积中将电能转换为热能而损耗的能量。
电介质的介电损耗一般用损耗角正切tan
表示，并定义为：
介质损耗的功率（即有功功率） tan 无功功率
⑴极化损耗：在外电场中各种介质极化的建立引起了
电流，此电流与极化松弛等有关，引起的损耗称为极 化损耗。
⑵电导损耗：在电场作用下，导电载流子做定向漂移，
形成传导电流，电流大小由介质本身性质决定，这部 分传导电流以热的形式消耗掉，称之为电导损耗。
⑶电离损耗和结构损耗
击穿电场强度
一般外电场不太强时，电介质只被极化，不影响其绝 缘性能。 当其处在很强的外电场中时，电介质分子的正负电荷 中心被拉开，甚至脱离约束而成为自由电荷，电介质变为 导电材料。当施加在电介质上的电压增大到一定值时，使 电介质失去绝缘性的现象称为击穿(breakdown)。 外加电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变 为导电状态的现象。
电介质击穿形式分类
①热击穿
不均匀介质中的电压分配
②电击穿
内电离 表面放电和边缘击穿
③电化学击穿
介电性能的测量方法
依据所测量的基本原理可分为三大类
①电桥法
②谐振回路法
③阻抗矢量法
电桥法
测量范围：0.01HZ～150MHZ 测量原理： 根据电桥平衡时两对边阻抗乘积相等，从 而来确定被测电容器或介质材料试样的CX 和tanX。
平板试样
d r 0.144 10 Cx 2 D1
12
管状试样
r2 ln r r2 1 1 1 12 C x r Cx 0.018 10 ln 2 0 L L r1
介质损耗角正切（tanδ)的测定 通过测量试样的等效参数经计算求得，也 可在仪器上直接读取。 工频、音频下一般都采用电桥法测量，高 电压时采用西林电桥法。
同时，介电损耗也是表示绝缘材料（如绝缘油 料）质量的指标之一。介电损耗愈小，绝缘材料的 质量愈好，绝缘性能也愈好。 tanδ=1/WCR(式中W为交变电场的角频率；C为 介质电容；R为损耗电阻)。
tan是频率的函数，是电介质的自身属性，与试样的大 小和形状无关。可以和介电常数同时测量，用介质损耗 仪、电桥、Q表等测量。
介电性能测试主要内容
简介
介电性能测试内容主要包括 ⑴绝缘电阻率 ⑵相对介电常数
⑶介质损耗角正切
⑷击穿电场强度
绝缘电阻率测试
绝缘电阻率测试通常采用三电极系统，可以分别测出试 样的体积电阻率ρv和表面电阻率ρs，测量电路图如下图所 示。
体积电阻率测试线路图
表面电阻测量线路图
平板试样
u D1 g v = Iv 4d