高频介电常数测试仪

发布时间：2023年06月

高频介电常数测试仪—介电常数和介电损耗正切的测定
1.实验目的
①了解测定高分子材料介电常数和介电损耗角正切测定的基本原理
②掌握高分子材料材料介电常数和介电损耗角正切测定的测定方法

2.   
3.实验试样 
 本次实验采用多型腔圆片模具注塑成型的高密度聚乙烯圆片试样.直径120mm厚度3mm(由材料形状,电极选二电极,板状电极)
4.实验设备
ZJD-C高低频介电常数测试仪 北京智德创新仪器设备有限公司生产
电极   采用板状圆形电极

5.实验数据

6.思考题
1.实验要求试样厚度不大于3mm的原因?答：试样的厚度如果大于3mm，为了测得他的介电常数，需要一个很高的电压，这样使得设备条件更加苛刻，实验环境也不安全。
3.试样中含有杂质的测试结果?答：介电系数增大，导电介质或极性杂质的存在，会增加高聚物的导电电流和极化率，因而使介电损耗增大，特别是对于非极性高聚物来说，杂质成了引起介电损耗的主要原因。
3.实验环境条件如温度、湿度对测定结果的影响。
温度：温度变化会引起高聚物的粘度变化，因而极化建立过程所需要的时间也起变化。温度对取向极化（介电常数）有两种相反的作用，一方面温度升高，分子间相互作用减弱，粘度下降，使偶极转动取向容易进行，介电常数增加；另一方面，温度升高，分子热运动加剧，对偶极转动干扰增加，使极化减弱，介电系数下降。对于一般的高聚物来说，在温度不太高时，前者占主导地位，因而温度升高，介电常数增大，到一定范围，后者超过前者，介电常数即开始随温度升高而减小。
湿度：湿度越大，水分越多，能明显增加高聚物介电损耗的极性杂质。在低频下，它主要以离子电导形式增加电导电流，引起介电损耗；在微波频率范围，水分子本身发生偶极松弛，出现损耗峰。对于极性高聚物，水有不同程度的增塑作用，尤其是聚酰胺类和聚丙烯酸酯类等，结果将使高聚物的介电损耗峰向较低温度移动。水对热固性塑料也有影响。

介电常数与耗散因数间的关系
       介电常数又称电容率或相对电容率， 是表征电介质或绝缘材料电 性能的一个重要数据，常用 ε 表示。  介质在外加电场时会产生感应 电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介 电常数。其表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力， 例如一个电 容板中充入介电常数为 ε 的物质后可使其电容变大 ε 倍。介电常数愈 小绝缘性愈好。如果有高介电常数的材料放在电场中， 场的强度会在 电介质内有可观的下降。介电常数还用来表示介质的极化程度， 宏观 的介电常数的大小， 反应了微观的极化现象的强弱。气体电介质的极 化现象比较弱，各种气体的相对介电常数都接近1 ，液体、固体的介 电常数则各不相同，而且介电常数还与温度、电源频率有关
       有些物质介电常数具有复数形式， 其实部即为介电常数， 虚数部 分常称为耗散因数。
      通常将耗散因数与介电常数之比称作耗散角正切， 其可表示材料 与微波的耦合能力， 耗散角正切值越大， 材料与微波的耦合能力就越 强。例如当电磁波穿过电解质时，波的速度被减小，波长也变短了。
      介质损耗是指置于交流电场中的介质， 以内部发热的形式表现出 来的能量损耗。介质损耗角是指对介质施加交流电压时， 介质内部流 过的电流相量与电压向量之间的夹角的余角。介质损耗角正切是对电 介质施加正弦波电压时， 外施电压与相同频率的电流之间相角的余角 δ  的正切值--tg δ.  其物理意义是：每个周期内介质损耗的能量//每个周期内介质存储的能量。

       介电损耗角正切常用来表征介质的介电损耗。介电损耗是指电 介质在交变电场中, 由于消耗部分电能而使电介质本身发热的现象。 原因是电介质中含有能导电的载流子,在外加电场作用下,产生导电电 流,消耗掉一部分电能,转为热能。任何电介质在电场作用下都有能量损耗，包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。用 tg δ作为综合反应介质损耗特性优劣的指标， 其是一个仅仅取 决于材料本身的损耗特征而与其他因素无关的物理量， tgδ的增大意 味着介质绝缘性能变差， 实践中通常通过测量 tgδ来判断设备绝缘性 能的好坏。
         由于介电损耗的作用电解质在交变电场作用下将长生热量， 这些 热会使电介质升温并可能引起热击穿， 因此， 在绝缘技术中， 特别是 当绝缘材料用于高电场强度或高频的场合，应尽量采用介质损耗因 数， 即电介质损耗角正切 tgδ较低的材料。但是， 电介质损耗也可用 作一种电加热手段，即利用高频电场（一般为0.3--300兆赫兹）对介 电常数大的材料（如木材、纸张、陶瓷等） 进行加热。这种加热由于 热量产生在介质内部， 比外部加热速度更快、热效率更高， 而且热均 匀。频率高于300兆赫时，达到微波波段，即为微波加热（家用微波 炉即据此原理）。
        在绝缘设计时， 必须注意材料的 tgδ值。若 tgδ过大则会引起严 重发热，使绝缘材料加速老化，甚至导致热击穿。
一下例举一些材料的 ε 值：
石英-----3.8
绝缘陶瓷-----6.0
纸------70
有机玻璃------2.63    
PE-------2.3
PVC--------3.8
高分子材料的 ε 由主链中的键的性能和排列决定
分子结构极性越强， ε 和 tg δ越大。
非极性材料的极化程度较小， ε 和 tg δ都较小。
       

    当电介质用在不同场合时对介电常数与耗散因素的大小有不同 的要求。做电容介质时 ε 大、 tg δ小；对航空航天材料而言， ε 要小 tg δ要大。
        另外要注意材料的极性越强受湿度的影响越明显。主要原因是高 湿的作用使水分子扩散到高分子的分子之间， 使其极性增强； 同时潮 湿的空气作用于塑料表面， 几乎在几分钟内就使介质的表面形成一层 水膜， 它具有离子性质， 能增加表面电导， 因此使材料的介电常数和 介质损耗角正切 tgδ都随之增大。故在具体应用时应注意电介质的周 围环境。
       电介质在现代生活中经常被用到， 而介电常数与耗散因素是电介 质的两个重要参数， 根据不同的要求， 应当选用具有不用介电常数与 耗散因数的材料， 以达到最佳的效果。同时还应当注意外界因素对介 电常数与耗散因数的影响。

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