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介质损耗因数测量仪  介质损耗：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。也叫介质损失，简称介损。在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角（功率因数角Φ）的余角δ称为介质损耗角。

损耗因子也指耗损正切，是交流电被转化为热能的介电损耗（耗散的能量）的量度，一般情况下都期望耗损因子低些好

介质损耗因数测量仪  试样的几何形状：

 测定材料的电容率和介质损耗因数，最好采用板状试样，也可采用管状试样。

 在测定电容率需要较高精度时，最大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，1.5 mm的厚度就足够了，但是对于更高精确度，最好是采用较厚的试样，例如6 mm-12 mm。测测量厚度必须使测量点有规则地分布在整个试样表面上，且厚度均匀度在士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10 pF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1 pF,因此试样应薄些，直径为10 cm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第一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。因此试样电容最好取值为20 pF，在测量回路中，与试样并联的电容不应大于约5 pF。

介质损耗（dielectric loss）指的是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。也叫介质损失，简称介损。

介质损耗因数（dielectric loss factor）指的是衡量介质损耗程度的参数。

测试注意事项

a．本仪器应水平安放；

b．如果你需要较精确地测量，请接通电源后，预热30分钟；

c．调节主调电容或主调电容数码开关时，当接近谐振点时请缓调；

d．被测件和测试电路接线柱间的接线应尽量短，足够粗，并应接触良好、可靠，以减少因接线的电阻和分布参数所带来的测量误差；

e．被测件不要直接搁在面板顶部，离顶部一公分以上，必要时可用低损耗的绝缘材料如聚苯乙烯等做成的衬垫物衬垫；

f．手不得靠近试件，以免人体感应影响造成测量误差，有屏蔽的试件，屏蔽罩应连接在低电位端的接线柱。

介电常数,用于衡量绝缘体储存电能的性能.它是两块金属板之间以绝缘材料为介质时的电容量与同样的两块板之间以空气为介质或真空时的电容量之比。介电常数代表了电介质的极化程度，也就是对电荷的束缚能力，介电常数越大，对电荷的束缚能力越强。电容器两极板之间填充的介质对电容的容量有影响，而同一种介质的影响是相同的，介质不同，介电常数不同。

带瓦格纳(Wagner)接地电路的西林电桥

 图A.2示出了使电桥测量臂接线端与屏蔽电位相等的方法。这种方法是通过使用外接辅助桥臂ZA、ZB(瓦格纳接地电路)，并使这两个辅助桥臂的中间点P接到屏蔽并接地。调节辅助桥臂(实际为

ZB)以使在ZA和ZB上的电压分别与电桥的电容臂和测量臂两端的电压相等.显然，这个解决方法包括两个桥即主桥AMNB和辅桥AMPB(或ANPB)同时平衡。通过检测器从一个桥转换到另一个桥逐

次地逼近平衡而最终达到二者平衡.用这种方法精度可以提高一个数量级，这时，实际上该精度只决定于电桥元件的精密度平衡用这种方法精度可以提高一个数量级，这时，实际上该精度只决定

于电桥元件的精密度。

     必须指出，只有当电源的两端可以对地绝缘时才使用上述特殊的解决方法。如果不可能对地绝缘，则必须使用更复杂的装置(双屏蔽电桥)。

电桥测量灵敏度

    电桥在使用过程中，灵敏度直接影响电桥平衡的分辨程度，为保证测量准确度，

希望电桥灵敏度达到一定的水平。通常情况下电桥灵敏度与测量电压，标准电容量

成正比。

    在下面的计算公式中，用户可根据实际使用情况估算出电桥灵敏度水平，在这

个水平上的电容与介质损耗因数的微小变化都能够反应出来。

          DC/C或Dtgd=Ig/UwCn(1 Rg/R4 Cn/Cx)   

         式中：Ｕ为测量电压                    伏特（Ｖ）

ω为角频率2pf=314(50Hz)                            

          Ｃｎ标准电容器容量                   皮法（pＦ）

          Ｉｇ通用指另仪的电流5X10-10            安培（Ａ）

          Ｒｇ平衡指另仪内阻约1500              欧姆（W）

          Ｒ４桥臂R4电阻值3183                 欧姆（W）

          Ｃｘ被测试品电容值                   皮法（ｐF）

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

高频电桥
由于它不再是一个高压电桥，因此承受电压U1的臂能容易地引人可调元件;替代法在此适用
 还应指出，带有分开的初级绕组的电桥允许电源和检测器互换位置。其平衡与在次级绕组中对应
的安匝数的补偿相符.

 低频电桥

 一般为高压电桥，这不仅是由于灵敏度的缘故，也因为在低频下正是高电压技术特别对电介质损耗关注的问题。电容臂和测量臂两者的阻抗大小在数量级上相差很多，结果，绝大部分电压都施加在电容Cx和C}上，使电压分配不平衡 上面给出的电桥平衡条件只是当低压元件对高压元件屏蔽时才成立。同时，屏蔽必须接地，以保证平衡稳定。如图A. 2所示。屏蔽与使用被保护的电容C、和C、是一致的，这个保护对于Ch来说是必不可少的。

 由于选择不同的接地方法，实际上形成了两类电桥。

电介质在外电场作用下，其内部会有发热现象，这说明有部分电能已转化为热能耗散掉，电介质在电场作用下，在单位时间内因发热而消耗的能量称为电介质的损耗功率，或简称介质损耗（diclectric loss）。介质损耗是应用于交流电场中电介质的重要品质指标之一。介质损耗不但消耗了电能，而且使元件发热影响其正常工作。如果介电损耗较大，甚至会引起介质的过热而绝缘破坏，所以从这种意义上讲，介质损耗越小越好。

辅桥的技术特性：

    工作电压?12V，50Hz

    输入阻抗>1012　W

    输出阻抗>0.6 W

    放大倍数>0.99

不失真跟踪电压 0～12V（有效值）

测量方法的选择：

 测量电容率和介质损耗因数的方法可分成两种:零点指示法和谐振法。

1零点指示法适用于频率不超过50 MHz时的测量。测量电容率和介质损耗因数可用替代法;也就是在接人试样和不接试样两种状态下，调节回路的一个臂使电桥平衡。通常回路采用西林电桥、变压器电桥(也就是互感藕合比例臂电桥)和并联T型网络。变压器电桥的优点:采用保护电极不需任何外加附件或过多操作，就可采用保护电极;它没有其他网络的缺点。

2谐振法适用于10 kHz一几百MHz的频率范围内的测量。该方法为替代法测量，常用的是变电抗法。但该方法不适合采用保护电极。

 注:典型的电桥和电路示例见附录。附录中所举的例子自然是不全面的，叙述电桥和侧量方法报导见有关文献和该种仪器的原理说明书。

宏观结构不均勾性的介质损耗

工程介质材料大多数是不均匀介质。例如陶瓷材料就是如此，它通常包含有晶相、玻璃相和气相，各相在介质中是统计分布口。由于各相的介电性不同，有可能在两相间积聚了较多的自由电荷使介质的电场分布不均匀，造成局部有较高的电场强度而引起了较高的损耗。但作为电介质整体来看，整个电介质的介质损耗必然介于损耗最大的一相和损耗最小的一相之间。

试验步骤

1试样的制备

 试样应从固体材料上截取，为了满足要求，应按相关的标准方法的要求来制备。

 应精确地测量厚度，使偏差在士(0. 2%士。.005 mm)以内，测量点应均匀地分布在试样表面。必要时，应测其有效面积。

2条件处理

 条件处理应按相关规范规定进行。

3测量

 电气测量按本标准或所使用的仪器(电桥)制造商推荐的标准及相应的方法进行。

 在1 MHz或更高频率下，必须减小接线的电感对测量结果的影响。此时，可采用同轴接线系统(见图1所示)，当用变电抗法测量时，应提供一个固定微调电容器。

电极系统

 1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极大些。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

2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人电极系统中测量，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

2.1空气填充测微计电极

 当试样插人和不插人时，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.

2.2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。

离子晶体的损耗

离子晶体的介质损耗与其结构的紧密程度有关。

紧密结构的晶体离子都排列很有规则，键强度比较大，如α-Al2O3、镁橄榄石晶体等，在外电场作用下很难发生离子松弛极化，只有电子式和离子式的位移极化，所以无极化损耗，仅有的一点损耗是由漏导引起的（包括本质电导和少量杂质引起的杂质电导）。这类晶体的介质损耗功率与频率无关，损耗角正切随频率的升高而降低。因此，以这类晶体为主晶相的陶瓷往往用在高频场合。如刚玉瓷、滑石瓷、金红石瓷、镁橄榄石瓷等

结构松散的离子晶体，如莫来石（3Al2O3?2SiO2）、董青石（2MgO?2Al2O3?5SiO2）等，其内部有较大的空隙或晶格畸变，含有缺陷和较多的杂质，离子的活动范围扩大。在外电场作用下，晶体中的弱联系离子有可能贯穿电极运动，产生电导打耗。弱联系离子也可能在一定范围内来回运动，形成热离子松弛，出现极化损耗。所以这类晶体的介质损耗较大，由这类品体作主晶相的陶瓷材料不适用于高频，只能应用于低频场合。

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