聚合物材料介电常数介质损耗测试仪

聚合物材料介电常数介质损耗测试仪被测材料有：
高分子复合材料、绝缘漆、尼龙制品材料、硅橡胶、硫化橡胶、橡胶、塑料、聚酯薄膜、聚四氟乙烯、环氧树脂、电缆料、纳米材料、导热材料、硅胶片、绝缘材料、光伏材料、塑胶原料、高分析材料、功能膜材料、塑料制品、绝缘软管、热塑性塑料材料、板材和片状材料、绝缘纸、软管和软套管、广电新材料、聚合物材料、涂料涂层、纤维制品、PVA/PP/PE、通用塑料、工程塑料、塑料助剂、填充母料、塑料机械、塑料制品、天然橡胶、其他化工、合成橡胶、橡胶助剂、骨架材料、复材制品、橡胶机械、橡胶制品、天然纤维、通用分析仪、人造纤维、合成纤维、特种纤维、物性测试仪、纤维助剂、基体树脂、增强材料、行业专用仪、原材料类、胶粘剂类、化学试剂、混合设备、无机原料、有机原料、聚乙烯、分离设备、原材料类、胶粘剂类、化学试剂、反应设备、无机原料、有机原料、聚乙烯、成型设备、聚丙烯、涂料类、油墨类、弹性体。

聚合物材料介电常数介质损耗测试仪1．Q值测量
a．Q值测量范围：2～1023；
b．Q值量程分档：30、100、300、1000、自动换档或手动换档；
c．标称误差

1、范围：

本标准规定了介电常数和介质损耗角正切值的两种测定方法。方法A为工频（50Hz）下的测定方法，方法B为高频电场下的测定方法。

本标准适用于硫化橡胶。

2、规范性引用文件：

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的新版本。凡是不注日期的引用文件，其新版本适用于本标准。

GB/T 2941 橡胶物理试验方法试样制备和调节通用程序（GB/T 2941-2006，ISO 23529：2004，IDT）

3、术语和定义：

下列术语和定义适用于本标准。

3.1

介质损耗 dielectric loss

绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。

3.2

损耗角 δloss angleδ

在交变电场下，电介质内流过的电流向量和电压向量之间的夹角（功率因数角φ）的余角（δ）。

3.3

损耗角正切 tanδ loss tangentδ

介质损耗因数 dielectric loss factor

介质损耗角正切值。

3.4

介电常数 εdielectric constant

绝缘材料在电场作用下产生极化，电容器极板间有电介质存在时的电容量C、与同样形状和尺寸的真空电容量C0之比。

注：不同试样、不同电极的真空电容和边缘校正的计算参见附录A。

4、测试电极：

4.1 电极材料

见表1。

表 1 电极材料

4.2 电极尺寸

4.2.1 板状试样电极

4.2.1.1 方法A：板状电极尺寸见表2，电极如图1所示。

表 2 板状试样电极尺寸 单位为毫米

——保护电源；——试样；——高压电极。

图 1 板状试样电极配置（工频）

4.2.1.2 方法B：采用二电极系统。电极尺寸大小与试样尺寸相等，或电极小于试样尺寸。板状试样电极直径为φ38.0mm±0.1mm、φ50.0mm±0.1mm、φ70.0mm±0.1mm。

4.2.2 管状试样电极

4.2.2.1 方法A：管状试样电极尺寸见表3，电极如图2所示。

表 3 管状试样电极尺寸

1——保护电极；

2——测量电极；

3——高压电极；

4——试样。

1——上盖螺钉；

2——上盖板；

3——升降螺杆；

4——上电极导轨；

5——螺帽；

6——导筒；

7——导槽螺钉；

8——绝缘杆；

9——高压电极；

10——试样；

11——测量电极；

12——保护电极；

13——绝缘板（聚四氟乙烯板）；

14——绝缘支脚；

15——有机玻璃板。

1——微调管形电容器；

2——测试样品电容器；

3——上支撑板；

4——上电极；

5——试样；

6——下电极；

7——底板。

5、测试仪器：

5.1 方法A

5.1.1 测试仪器为工频高压电桥，其原理图如图6所示。

T  试验变压器；

C3  标准电容器；

C5  试样；

R3  可变电阻；

C2、C 可变电容；

R4  固定电阻；

G-  电桥平衡指示器；

P  放电器。

图 6 工频高压电桥原理图

5.1.2 测量范围

损耗角正切（tanδ）：0.001～1；电容（C）：40pF～2000pF。

5.1.3 电桥测量误差

测量时误差不超过10%，当试样tanδ小于0.001时测量误差不超过0.0001，电容的测量误差不超过5%，标准电容器的tanδ应小于0.0001。

5.1.4 电桥必须有良好的屏蔽接地装置。

5.2 方法B

5.2.1 方法B的测试仪器有两种：一种是谐振升高法（Q表），另一种时变电钠法。

5.2.1.1 谐振升高法（Q表）

Q表原理图

5.2.1.1.1 测量范围

频率为50Hz～50MHz，电容40pF～500pF，Q值10～600。

5.2.1.1.2 测量误差

电容误差：±（0.5%C+0.1pF），Q值±10%；有关仪器的测量误差均为±10%。

5.2.1.2 变电钠法

其测试原理如图8所示。

C——可调电容；

L——谐振线圈；

CT——管形微调电容；

Cu——主电容；

Cx——试样。

高频介质损耗仪原理图

6、试样：

6.1 试样尺寸

6.1.1 方法A试样尺寸见表4。

试样的制备应符合GB/T 2941的规定，也可以在符合试样厚度尺寸的胶板上用旋转刀进行裁切，制样方法的不同，其试验结果无可比性。

6.3 试样数量

试样的数量不少于3个。

7、硫化与试验之间的时间间隔：

试样在硫化与试验之间的时间间隔按GB/T2941的规定执行。

8、试验条件：

8.1 试样表面应清洁、平滑，无裂纹、气泡和杂质等，试样表面应用蘸有无水乙醇的布擦洗。

8.2 试样应在标准实验室温度及湿度下至少调节24h。

8.3当试样处理有特殊要求时，可按其产品标准规定的进行。

9、试验步骤：

9.1 方法A

9.1.1 试验电压为1000V～3000V，一般情况下为1000V，电源频率为50Hz。

9.1.2 按设备说明书正确的连接。

9.1.3 接通电源预热30min。

9.1.4 将试样接人电桥C、的桥臂中，加上试验电压，根据电桥使用方法进行平衡，读取R3和tanδ或C的值。

9.2 方法B—谐振升高法（Q表法）

9.2.1 按照Q表的操作规程调整仪器，选定测量频率，测定C1和Q1的值。

9.2.2 将试样放入测试电极中，并调节电容器C，使电路谐振，达到最大Q值记下调谐电容量C2和Q2的值。

9.2.3 将试样从测试电极中取出，调节C或测试电极的距离，使电路重新谐振，记下C、或测试电极的校正电容值与Q值，并根据测试值计算出损耗角tanδ与介电常数ε。

9.2.4 其他高频测试仪器按其说明书进行操作，通过测试值计算出损耗角tanδ和介电常数ε。

10、试验结果：

10.1 方法A

10.1.1 介质损耗角正切值（tanδ）可在电桥上直接读数，按式（1）进行计算：

tanδ=2πfR4C×10-6 （1）

式中：

π——3.14；

f——频率50Hz；

R4——固定电阻阻值，单位为欧姆（Ω）；

C——可变电容值，单位为微法（μF）；

10.1.2 介电常数（ε）的计算见表6。

10.2 方法B

10.2.1 电容的计算

10.2.1.1 谐振升高法

应用支架电极时按式（7）计算：

Cx=C1-C2+Ca （7）

应用测微电极时按式（8）计算：

Cx=C’1-C’2+Ca （8）

10.2.1.2 变电纳法（配用测微电极）：

按式（9）、式（10）计算：

Cx=C1-C2+Ca （9）

当电极直径为38mm时，则Ca=1/d

式中：

Cx——试样的并联等值电容，单位为皮法（pF）；

C1——电极间距为试样厚度d，且无试样时谐振电容量，单位为皮法（pF）；

C2——有试样时谐振电容量，单位为皮法（pF）；

C'1——极的校正电容值，单位为皮法（pF）；

C'——有试样时，测微电极间距等于试样厚度时，测微电极的校正电容值，单位为皮法（pF）；

C——试样的几何电容量，单位为皮法（pF）；

S——电极面积单位为平方厘米（cm2）；

d——试样厚度，单位为厘米（cm）。

10.2.2 介电常数ε的计算

式中：

Cx——试样的并联等值电容，单位为皮法（pF）；

d——试样的厚度，单位为厘米（cm）；

D——电极的直径，单位为厘米（cm）。

10.2.3介质损耗角正切tanδ值的计算

10.2.3.1谐振升高法（Q表法）按式（12）计算：

10.2.3.2 变电纳法：各种高频损耗测试仪配用测微电极使用时按式（I3）计算：
 

式中：

C’——无电极时，谐振回路标准电容器指示值单位为皮法（pF）；

Q1——无试样时，电极间距为d时，谐振Q值；

Q2——电极间有试样时的谐振Q值；

△Ci—有试样时两次衰减至谐振峰0.707时，微调电容变化量，单位为皮法（pF）；

△C0——无试样时两次衰减至谐振峰0.707时，微调电容变化量，单位为皮法（pF）；

Cx——试样的并联等值电容，单位为皮法（pF）。

10.2.4 管状试样测试结果计算

10.2.4.1 试样电容量按式（14）计算：

Cx=C1-C2 （14）
 

式中：

C1——无试样时，谐振电容量；

C2——有试样时，谐振电容量。

10.2.4.2试样介电常数按式（15）式（16）计算：

式中：

L——电极长度，单位为厘米（cm）；

D1、D2——管外径和内径，单位为厘米（cm）。

10.2.4.3 损耗角正切值的计算

与Q表接线柱直接连线时按式（17）计算：

当高频介质损耗角测试仪与测微电极连接时按式计算：式中：

C1、Q1——无试样时，谐振电容量及Q值；

C2、Q2——有试样时，谐振电容量及Q值；

△Ci——有试样时两次衰减至谐振峰0.707时，微调电容变化量，单位为皮法（pF）；

△C0——无试样时两次衰减至谐振峰0.707时，微调电容变化量，单位为皮法（pF）。

注：不同试验环境对试验结果的影响因素参见附录B。

10.3 试验结果以每组试验结果的中位数表示，取两位有效数字。