薄膜介电常数介质损耗因数测试仪

薄膜介电常数介质损耗因数测试仪适用标准

1 GBT 1409-2006 测量电气绝缘材料在工频、音频、高频(包括米波波长存内)下电容率和介质损耗因数的推荐方法

2 GBT 1693-2007 硫化橡胶 介电常数和介质损耗角正切值的测定方法

3 ASTM-D150-介电常数测试方法

4 GB9622.9-88/SJT 11043-1996 电子玻璃高频介质损耗和介电常数的测试方法

薄膜介电常数介质损耗因数测试仪

 （数显）介电常数ε_r和介质损耗因数tanδ测试装置：

固体：材料测量直径Φ38mm ；厚度可调 ≥ 15mm

1. 电感组

注意: 可定制100MHz电感.

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电气绝缘材料的性能和用途

电介质的用途

电介质一般被用在两个不同的方面：

用作电气回路元件的支撑，并且使元件对地绝缘及元件之间相互绝缘；

用作电容器介质。

影响介电性能的因素

下面分别讨论频率、温度、湿度和电气强度对介电性能的影响。

频率

因为只有少数材料如石英玻璃、聚苯乙烯或聚乙烯在很宽的频率范围内它们的ε_r和tanδ几乎是恒定的，且被用作工程电介质材料，然而一般的电介质材料必须在所使用的频率下测量其介质损耗因数和电容率。

电容率和介质损耗因数的变化是由于介质极化和电导而产生，*重要的变化是极性分子引起的偶极子极化和材料的不均匀性导致的界面极化所引起的。

温度

损耗指数在一个频率下可以出现一个值，这个频率值与电介质材料的温度有关。介质损耗因数和电容率的温度系数可以是正的或负的，这取决于在测量温度下的介质损耗指数值位置。

湿度

极化的程度随水分的吸收量或电介质材料表面水膜的形成而增加，其结果使电容率、介质损耗因数和直流电导率增大。因此试验前和试验时对环境湿度进行控制是*的。

注：湿度的显著影响常常发生在1MHz以下及微波频率范围内。

电场强度

存在界面极化时，自由离子的数目随电场强度增大而增加，其损耗指数值的大小和位置也随此而变。

在较高的频率下，只要电介质中不出现局部放电，电容率和介质损耗因数与电场强度无关。

试样和电极

固体绝缘材料

试样的几何形状

测定材料的电容率和介质损耗因数，采用板状试样，也可采用管状试样。

在测定电容率需要较高精度时，的误差来自试样尺寸的误差，尤其是试样厚度的误差，因此厚度应足够大，以满足测量所需要的精确度。厚度的选取决定于试样的制备方法和各点间厚度的变化。对1%的精确度来讲，1.5mm的厚度就足够了，但是对于更高精确度，是采用较厚的试样，例如6mm〜12mm。测量厚度必须使测量点有规则地分布在整个试样表面上，且厚度均匀度在±1%内。如果材料的密度是已知的，则可用称量法测定厚度。选取试样的面积时应能提供满足精度要求的试样电容。测量10pF的电容时，使用有良好屏蔽保护的仪器。由于现有仪器的极限分辨能力约1pF，因此试样应薄些，直径为10cm或更大些。

需要测低损耗因数值时，很重要的一点是导线串联电阻引人的损耗要尽可能地小，即被测电容和该电阻的乘积要尽可能小。同样，被测电容对总电容的比值要尽可能地大。点表示导线电阻要尽可能低及试样电容要小,第二点表示接有试样桥臂的总电容要尽可能小，且试样电容要大。因此试样电容取值为20pF，在测量回路中，与试样并联的电容不应大于约5pF，

电极系统

加到试样上的电极

电极可选用5.1.3中任意一种。如果不用保护环，而且试样上下的两个电极难以对齐时，其中一个电极应比另一个电*些。已经加有电极的试样应放置在两个金属电极之间，这两个金属电极要比试样上的电极稍小些。对于平板形和圆柱形这两种不同电极结构的电容计算公式以及边缘电容近似计算的经验公式由表1给出。

对于介质损耗因数的测量，这种类型的电极在高频下不能满足要求，除非试样的表面和金属板都非常平整。图1所示的电极系统也要求试样厚度均匀。.

试样上不加电极

表面电导率很低的试样可以不加电极而将试样插入电极系统中测量，在这个电极系统中，试样的一侧或两侧有一个充满空气或液体的间隙。

平板电极或圆柱形电极结构的电容计算公式由表3给出。

下面两种型式的电极装置特别合适.

空气填充测微计电极

当试样插入和不插人时，电容都能调节到同一个值，不需进行测量系统的电气校正就能测定电容率。电极系统中可包括保护电极。

流体排出法

在电容率近似等于试样的电容率，而介质损耗因数可以忽略的一种液体内进行测量，这种测量与试样厚度测量的精度关系不大。当相继采用两种流体时，试样厚度和电极系统的尺寸可以从计算公式中消去。

试样为与试验池电极直径相同的圆片，或对测微计电极来说，试样可以比电极小到足以使边缘效应忽略不计。在测微计电极中，为了忽略边缘效应，试样直径约比测微计电极直径小两倍的试样厚度。

边缘效应

为了避免边缘效应引起电容率的测量误差，电极系统可加上保护电极。保护电极的宽度应至少为两倍的试样厚度，保护电极和主电极之间的间隙应比试样厚度小。假如不能用保护环，通常需对边缘电容进行修正，表1给出了近似计算公式。这些公式是经验公式，只适用于规定的几种特定的试样形状。

此外，在一个合适的频率和温度下，边缘电容可采用有保护环和无保护环的（比较）测量来获得，用所得到的边缘电容修正其他频率和温度下的电容也可满足精度要求。

构成电极的材料

金属箔电极

用极少量的硅脂或其他合适的低损耗粘合剂将金属箔贴在试样上。金属箔可以是纯锡或铅，也可以是这些金属的合金，其厚度为100μm，也可使用厚度小于10μm的铝箔。但是，铝箔在较高温度下易形成一层电绝缘的氧化膜，这层氧化膜会影响测量结果，此时可使用金箔。

烧熔金属电极

烧熔金属电极适用于玻璃、云母和陶瓷等材料，银是普遍使用的，但是在高温或高湿下，采用金。

喷镀金属电极

锌或铜电极可以喷镀在试样上，它们能直接在粗糙的表面上成膜。这种电极还能喷在布上，因为它们不穿透非常小的孔眼。

阴极蒸发或高真空蒸发金属电极

假如处理结果既不改变也不破坏绝缘材料的性能，而且材料承受高真空时也不过度逸出气体，则本方法是可以采用的。这一类电极的边缘应界限分明。

汞电极和其他液体金属电极

把试样夹在两块互相配合好的凹模之间，凹模中充有液体金属，该液体金属必须是纯净的。汞电极不能用于高温，即使在室温下用时，也应采取措施，这是因为它的蒸气是有毒的。

伍德合金和其他低熔点合金能代替汞。但是这些合金通常含有镉，镉象汞一样，也是毒性元素。这些合金只有在良好抽风的房间或在抽风柜中才能用于100℃以上，且操作人员应知道可能产生的健康危害。

导电漆

无论是气干或低温烘干的高电导率的银漆都可用作电极材料。因为此种电极是多孔的，可透过湿气，能使试样的条件处理在涂上电极后进行，对研究湿度的影响时特别有用。此种电极的缺点是试样涂上银漆后不能马上进行试验，通常要求12h以上的气干或低温烘干时间，以便去除所有的微量溶剂，否则，溶剂可使电容率和介质损耗因数增加。同时应注意漆中的溶剂对试样应没有持久的影响。

要使用刷漆法做到边缘界限分明的电极较困难，但使用压板或压敏材料遮框喷漆可克服此局限。但在*的频率下，因银漆电极的电导率会非常低，此时则不能使用。

石墨

一般不*使用石墨，但是有时候也可采用，特别是在较低的频率下。石墨的电阻会引起损耗的显著增大，若采用石墨悬浮液制成电极，则石墨还会穿透试样。

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