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介電常數(shù)基本常識(shí)
點(diǎn)擊次數(shù)：7256 更新時(shí)間：2019-04-12 
介質(zhì)在外加電場(chǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷而削弱電場(chǎng)，原外加電場(chǎng)(真空中)與終介質(zhì)中電場(chǎng)比值即為介電常數(shù)(permeablity),又稱誘電率.如果有高介電常數(shù)的材料放在電場(chǎng)中，場(chǎng)的強(qiáng)度會(huì)在電介質(zhì)內(nèi)有可觀的下降。常用電介質(zhì)的介電常數(shù)(瓷器，云母，玻璃，塑料等)見于電介質(zhì)經(jīng)常是絕緣體。其例子包括瓷器(陶器)，云母，玻璃，塑料，和各種金屬氧化物。有些液體和氣體可以作為好的電介質(zhì)材料。干空氣是良好的電介質(zhì)，并被用在可變電容器以及某些類型的傳輸線。蒸餾水如果保持沒有雜質(zhì)的話是好的電介質(zhì)，其相對(duì)介電常數(shù)約為80。 一個(gè)電容板中充入介電常數(shù)為ε的物質(zhì)后電容變大ε倍。電介質(zhì)有使空間比起實(shí)際尺寸變得更大或更小的屬性。例如，當(dāng)一個(gè)電介質(zhì)材料放在兩個(gè)電荷之間，它會(huì)減少作用在它們之間的力，就像它們被移遠(yuǎn)了一樣。當(dāng)電磁波穿過(guò)電介質(zhì)，波的速度被減小，有更短的波長(zhǎng)。 相對(duì)介電常數(shù)εr可以用靜電場(chǎng)用如下方式測(cè)量:首先在其兩塊極板之間為空氣的時(shí)候測(cè)試電容器的電容C0。然后，用同樣的電容極板間距離但在極板間加入電介質(zhì)后側(cè)得電容Cx。然后相對(duì)介電常數(shù)可以用下式計(jì)算 εr=Cx/C0 對(duì)于時(shí)變電磁場(chǎng)，物質(zhì)的介電常數(shù)和頻率相關(guān)，通常稱為介電系數(shù)。介電常數(shù)又叫介質(zhì)常數(shù)，介電系數(shù)或電容率，它是表示絕緣能力特性的一個(gè)系數(shù)，以字母ε表示，單位為法/米 附常見溶劑的介電常數(shù)(注??的為物質(zhì)名稱不一定正確)H2O (水) 78.5 HCOOH (甲酸) 58.5 HCON(CH3)2 ("基酮"??) 36.7 CH3OH (甲醇) 32.7 C2H5OH (乙醇) 24.5 CH3COCH3 (丙酮) 20.7 n-C6H13OH ("多聚己醇"??) 13.3 CH3COOH (乙酸或醋酸) 6.15 C6H6 (苯) 2.28 CCl4 (四氯化碳) 2.24 n-C6H14 ("多聚己烷"??) 1.88

1.        在主機(jī)電感端子上插上和測(cè)試頻率相適應(yīng)的高Q值電感線圈（本公司 主機(jī)配套使用的LKI-1電感組能滿足要求），如：1MHz 時(shí)電感取100uH，15MHz時(shí)電感取1.5uH。

2.        被測(cè)樣品要求為圓形，直徑50.4--52mm/38.4--40mm，這是減小因樣品邊緣泄漏和邊緣電場(chǎng)引起的誤差的有效辦法。樣品厚度可在1--5mm之間(當(dāng)材料介電大于6的情況下建議材料≥2mm)，樣品太薄或太厚就會(huì)使測(cè)試精度下降，樣品要盡可能平整。（小于0.5mm的樣品測(cè)試，請(qǐng)參考附錄三，疊加測(cè)試法）

3.        調(diào)節(jié)S916測(cè)試夾具的測(cè)微桿，使S916測(cè)試夾具的平板電容極片相接為止，按ZERO 清零按鍵，初始值設(shè)置為0。

  1. 再松開兩片極片，把被測(cè)樣品夾入平板電容上下極片之間，調(diào)節(jié)S916測(cè)試夾具的測(cè)微桿，直到平板電容極片夾住樣品止（注意調(diào)節(jié)時(shí)要用S916測(cè)試夾具的測(cè)微桿，以免夾得過(guò)緊或過(guò)松），這時(shí)能讀取的測(cè)試裝置液晶顯示屏上的數(shù)值，既是樣品的厚度D2。改變主機(jī)上的主調(diào)電容容量（旋轉(zhuǎn)主調(diào)電容旋鈕改變主調(diào)電容電容量），使主機(jī)處于諧振點(diǎn)（Q值大值）上。
  2. 取出S916測(cè)試夾具中的樣品，這時(shí)主機(jī)又失去諧振（Q值變?。?，此時(shí)調(diào)節(jié)S916測(cè)試夾具的測(cè)微桿，使主機(jī)再回到諧振點(diǎn)（Q值大值）上，讀取測(cè)試裝置液晶顯示屏上的數(shù)值記為D4.
  3. 計(jì)算被測(cè)樣品的介電常數(shù):

     Σ＝D2 / D4

 

二 介質(zhì)損耗測(cè)試方法與步驟

1.    主機(jī)C0值的計(jì)算方式:

  1. 選一個(gè)適當(dāng)?shù)闹C振電感接到“Lx”的兩端；
  2. 將調(diào)諧電容器調(diào)到200P左右，令這個(gè)電容是C4，
  3. 按下儀器面板的頻率搜索鍵，使測(cè)試回路諧振，諧振時(shí)Q的讀數(shù)為Q4(注：若頻率搜索未能找到高Q值諧振點(diǎn)，可以通過(guò)頻率旋鈕來(lái)微調(diào)頻率來(lái)達(dá)到Q值大值的諧振點(diǎn)；
  4. 將測(cè)試夾具接在“Cx”兩端，放入材料，上下極片夾緊材料后記住夾具顯示值，然后拿出材料，調(diào)回到夾具的顯示數(shù)值，調(diào)節(jié)主調(diào)電容，使測(cè)試電路重新諧振，此時(shí)可變電容器值為C3，Q值讀數(shù)為Q3。(注：C3數(shù)值肯定比C4要小)

機(jī)構(gòu)電容的有效電容為：Cz= C4－C3

分布電容為機(jī)構(gòu)電容CZ和電感分布電容CL（參考電感的技術(shù)說(shuō)明）的和

介質(zhì)損耗系數(shù)/介質(zhì)損耗正切值為

 

2. 把S916測(cè)試夾具裝置上的插頭插入到主機(jī)測(cè)試回路的“電容”兩個(gè)端子上。

3. 在主機(jī)電感端子上插上和測(cè)試頻率相適應(yīng)的高Q值電感線圈（本公司 主機(jī)配套使用的LKI-1電感組能滿足要求），如：1MHz 時(shí)電感取100uH，15MHz時(shí)電感取1.5uH。

4. 被測(cè)樣品要求為圓形，直徑50.4--52mm/38.4--40mm，這是減小因樣品邊緣泄漏和邊緣電場(chǎng)引起的誤差的有效辦法。樣品厚度可在1--5mm之間，樣品太薄或太厚就會(huì)使測(cè)試精度下降，樣品要盡可能平直。

5. 調(diào)節(jié)S916測(cè)試夾具的測(cè)微桿，使S916測(cè)試夾具的平板電容極片相接為止，按ZERO 清零按鍵，初始值設(shè)置為0。再松開兩片極片，把被測(cè)樣品夾入兩片極片之間，調(diào)節(jié)S916測(cè)試夾具的測(cè)微桿，到的平板電容極片夾住樣品止（注意調(diào)節(jié)時(shí)要用S916測(cè)試夾具的，以免夾得過(guò)緊或過(guò)松），這時(shí)能讀取的測(cè)試裝置液晶顯示屏上的數(shù)值，既是樣品的厚度D2，改變主機(jī)上的主調(diào)電容容量，使主機(jī)處于諧振點(diǎn)（Q值大值），然后按一次 主機(jī)上的小數(shù)點(diǎn)（tgδ）鍵，在顯示屏上原電感顯示位置上將顯示C0= x x x(C0=Cz+CL電感分布電容)需要手動(dòng)輸入，記住厚度D2的值，此時(shí)顯示數(shù)值為C2和Q2。

6. 取出S916測(cè)試夾具中的樣品，（保持S916測(cè)試夾具的平板電容極片之間距不變）這時(shí)主機(jī)又失去諧振（Q值變?。?，再改變主機(jī)上的主調(diào)電容容量，使主機(jī)重新處于諧振點(diǎn)（Q值大值）上。

7. 注意：多次測(cè)試同一個(gè)材料時(shí)，要求保持每次材料厚度的讀數(shù)一致。

8. 第二次按下 主機(jī)上的小數(shù)點(diǎn)（tgδ）鍵，顯示屏上原C2和Q2顯示變化為C1和Q1，同時(shí)顯示介質(zhì)損耗系數(shù)tn =．x x x x x ，即完成測(cè)試。

9. 出錯(cuò)提示，當(dāng)出現(xiàn)tn =  NO 顯示時(shí)，說(shuō)明測(cè)試時(shí)出現(xiàn)了差錯(cuò)，發(fā)生了Q1 ≤ Q2和C1 ≤ C2的錯(cuò)誤情況。

 

附錄 一

顯示數(shù)據(jù)介紹：

 

C1

材料拿出后，諧振時(shí)測(cè)得的電容值

C2

材料在夾具中，諧振時(shí)測(cè)得的電容值

Q1

材料拿出后，諧振時(shí)測(cè)得的Q值

Q2

材料在夾具中，諧振時(shí)測(cè)得的Q值

CZ

主機(jī)+測(cè)試夾具測(cè)得的結(jié)構(gòu)電容值

CL

標(biāo)準(zhǔn)電感的分布電容值

C0

結(jié)構(gòu)電容值+電感的分布電容值

D2

材料的厚度

tn

介質(zhì)損耗系數(shù)/介質(zhì)損耗正切值

 

附錄 二

LKI-1電感組

LKI-1型電感組共包括不同電感量的電感9個(gè)，凡儀器在進(jìn)行測(cè)試線圈的分布電容量，電容器的電容量，高頻介質(zhì)損耗，高頻電阻和傳輸線特性阻抗等高頻電路和元件的電性能時(shí)，必須用電感組作輔助工具。

本電感組有較高Q值，能使儀器測(cè)量時(shí)得到尖銳諧振點(diǎn)，因而增加其測(cè)量的準(zhǔn)確度，各電感的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

電感No

電感量

準(zhǔn)確度%

Q值≥

分布電容約略值

諧振頻率范圍 MHz

適合介電常數(shù)測(cè)試頻率

QBG-3E

AS2853A

1

0.1μH

±0.05μH

180

5pF

20~70

31~103

50MHz

2

0.5μH

±0.05μH

200

5pF

10~37

14.8~46.6

15MHz

3

2.5μH

±5%

200

5pF

4.6~17.4

6.8~21.4

10MHz

4

10μH

±5%

200

6pF

2.3~8.6

3.4~10.55

5MHz

5

50μH

±5%

180

6pF

1~3.75

1.5~4.55

1.5MHz

6

100μH

±5%

200

6pF

0.75~2.64

1.06~3.20

1MHz

7

1mH

±5%

150

8pF

0.23~0.84

0.34~1.02

0.5MHz

8

5mH

±5%

130

8pF

0.1~0.33

0.148~0.39

0.25MHz

9

10mH

±5%

90

8pF

0.072~0.26

0.107~0.32

0.1MHz

10

15nH

±10%

40

0

 

≥100

100MHz

 

附錄 三

粘性材料以及超薄材料的測(cè)試方法

一  如何測(cè)試帶粘性超薄絕緣材料的介電常數(shù)

1 用錫箔紙覆膠在材料的兩面，上下層錫箔紙不能接觸。錫箔紙厚度為DX;

2 超薄材料需要疊加：疊加方式如下

                                   250μ貼合6層后測(cè)試；

200μ貼合8層后測(cè)試；

175μ貼合9層后測(cè)試；

125μ貼合12層后測(cè)試；

100μ貼合15層后測(cè)試；

75μ貼合20層后測(cè)試；

50μ貼合30層后測(cè)試。

3 計(jì)算公式

  Σ＝(D2-2*DX)/D4

4 介質(zhì)損耗系數(shù)測(cè)試同理