固体材料介电常数测试仪 玻璃的损耗
复杂玻璃中的介质损耗主要包括三个部分:电导耗、松弛损耗和结构损耗。哪一种损耗占优势,取决于外界因素温度和电场频率。高频和高温下,电导损耗占优势:在高频下,主要的是由弱联系离子在有限范围内移动造成的松弛损耗:在高频和低温下,主要是结构损耗,其损耗机理目前还不清楚,可能与结构的紧密程度有关。般来说,简单玻璃的损耗是很小的,这是因为简单玻璃中的“分子”接近规则的排列,结构紧密,没有弱联系的松弛离子。在纯玻璃中加人碱金属化物后。介质损耗大大增加,并且随着加人量的增大按指数规律增大。这是因为碱性氧化物进人玻璃的点阵结构后,使离子所在处点阵受到破坏,结构变得松散,离子活动性增大,造成电导损耗和松弛损耗增加。
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必不可少的注 :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
频率范围:20kHz~10MHz; 固有误差:≤5%?满度值的2%;工作误差:≤7%?满度值的2%;
频率范围:10MHz~60MHz; 固有误差:≤6%?满度值的2%;工作误差:≤8%?满度值的2%。
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,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,采用较厚的试样,例如6 mm-12 mm 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。
安全措施
(1)高压保护:试品短路、击穿或高压电流波动,能迅速切断高压输出。
(2)CVT保护:设定自激电压的过流点,一旦超出设置的电流值,仪器自动退出测量,不会损坏设备。
(3)接地检测:仪器有接地检测功能,未接地时不能升压测量。
(4)防误操作:具备防误操作设计,能判别常见接线错误,安全报警。
(5)防“容升”:测量大容量试品时会出现电压抬高的“容升”效应,仪器能自动跟踪输出电压,保持试验电压恒定。
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,表工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锡,锡象汞一样,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管状试样对 管 状 试样而言,合适的电极系统将取决于它的电容率、管壁厚度、直径和所要求的测量精度。一般情况下,电极系统应为一个内电极和一个稍为窄一些的外电极和外电极两端的保护电极组成,外电极和保护电极之间的间隙应比管壁厚度小对小直径和中等直径的管状试样,外表面可加三条箔带或沉积金属带,中间一条用作为外电极(测量电极),两端各有一条用作保护电极。内电极可用汞,沉积金属膜或配合较好的金属芯轴。高 电容 率 的管状试样,其内电极和外电极可以伸展到管状试样的全部长度上,可以不用保护电极大直 径 的 管状或圆筒形试样,其电极系统可以是圆形或矩形的搭接,并且只对管的部分圆周进行试验。这种试样可按板状试样对待,金属箔、沉积金属膜或配合较好的金属芯轴内电极与金属箔或沉积金属膜的外电极和保护电极一起使用。如采用金属箔做内电极,为了保证电极和试样之间的良好接触,需在管内采用一个弹性的可膨胀的夹具。对 于 非常 准确的测量,在厚度的测量能达到足够的精度时,可采用试样上不加电极的系统。对于相对电容率。r不超过10的管状试样,方便的电极是用金属箔、汞或沉积金属膜。相对电容率在10以上的管状试样,应采用沉积金属膜电极;瓷管上可采用烧熔金属电极。电极可像带材一样包覆在管状试样的全部圆周或部分圆周上。主要配置:
a.测试主机一台;
b.电感9只;
c.夹具一 套
低频电桥通 常是 一 个高压电桥(更精密,电压U,是高压,U:是中压),这种电桥的技术与变压器的技术有关。可 采 用 两类电源:l 电源 电压直接加到一个绕组上,另一个绕组则起变压器次级绕组的作用。2) 将 电源加到初级绕组上(见图A.3) ,而电桥的两个绕组是由两个分开的次级线路组成或是由一个 带 有 中 间 抽 头 能使获得电压U,和U 的次级绕组组成与所 有 的 测量变压器一样,电桥存在误差(矢量比U,/U :与其理论值之间的差) 这种误差随负载而变化尤其是U 和U2之间的相位差,它会直接影响tans的测量值。因此 ,必 须对电桥进行校正,这可以用一个无损耗电容CN(与在西林电桥中使用的相似)代替Z、进行。如果C、与Cx的值相同.这实际上是替代法,测试前应校正。但由于C、很少是可调的,因此负载的变化对Cx不再有效。电桥在恒定负载下工作是可能的,如图A.4所示:当测量CN时,用一个转换开关把CX接地,反之亦然。这时对于高压绕组来说两个负载的总和是恒定的。(严格地说,低压边也应该用一个相似的装置,但由于连在低压边的负载很小,尽管采用这样处理很容易,但意义小。)另外 ,若 用并联在电压IJ上的一个纯电容C、校正时,承受电压U2的测量阻抗ZM组成如下:) 如 果 U:和U,是同相的(理想情况),则用一个纯电容CM组成。2) 如 果U:超前U,,则用一个电容C和一个电阻R组成3) 如 果 Ue滞后于U,,则电阻Ret,应变成负的 这就是说,为了重新建立平衡必须在U,一边并人 一 个 电 阻 形 成 电流分量。其实并不存在适用于高压的可调高电阻,因此通常阻性电流分量是用 一 个 辅 助 绕 组 来获得的,这个 绕组提供一个与U,同相的低电压U3(图A.5 )注 :不 可 在蛛 匕串接 一个电阻 因为如果将电阻接在电容器后面会破坏 C,测量极和保护极间的等电位;如果将电 阻接 到 C、 前 面 的高压导线上,则电阻(内)电流也将包括保护电路的电流,这就可能无法校正这些 论 述 同 样 适 用 于 上 述 第二 种情况的电阻R} 但在低压边容易将三个电阻RR:和侧以星形联接来得到一个与电容并联的可调高值电阻。如图八.5下面的虚线所示。这时有
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