介電性能測(cè)量原理

1、關(guān)于介電性能的測(cè)量原理第1頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四介電性能的測(cè)量原理介電常數(shù)介質(zhì)損耗擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量方法測(cè)試內(nèi)容第2頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四介電性能定義： 介電性能是指在電場(chǎng)作用下,表現(xiàn)出對(duì)靜電能的儲(chǔ)蓄和損耗的性質(zhì)，通常用介電常數(shù)和介質(zhì)損耗來(lái)表示. 第3頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四介電常數(shù) dielectric constant定義： 介電常數(shù)，又稱(chēng)電容率（permittivity ）,是電位移D與電場(chǎng)強(qiáng)度E之比= D/E ，其單位為F/m 。 介電常數(shù)小的電介質(zhì)，其分子為非極性或弱極性結(jié)構(gòu)，介電常數(shù)大

2、的電介質(zhì)，其分子為極性或強(qiáng)極性結(jié)構(gòu)。 第4頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四介電常數(shù)是表征電介質(zhì)的最基本的參量，是衡量電介質(zhì)在電場(chǎng)下的極化行為或儲(chǔ)存電荷能力的參數(shù)。電介質(zhì)電容、介電常數(shù)真空電容 C0=Q0/V=0s/d電介質(zhì)電容 C=Q/V=ros/d相對(duì)介電常數(shù) r = C/C0 第5頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四平行板電容器基本公式第6頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四Co = Q/V = eoA/dC = eA/der= e /eoDielectric第7頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四 介質(zhì)的

3、介電損耗是指電介質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)每單位體積中將電能轉(zhuǎn)換為熱能而損耗的能量。 電介質(zhì)的介電損耗一般用損耗角正切tan 表示，并定義為：介電損耗 Dielectric loss 定義：第8頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四 同時(shí)，介電損耗也是表示絕緣材料（如絕緣油料）質(zhì)量的指標(biāo)之一。介電損耗愈小，絕緣材料的質(zhì)量愈好，絕緣性能也愈好。 tan=1/WCR(式中W為交變電場(chǎng)的角頻率；C為介質(zhì)電容；R為損耗電阻)。 第9頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四tan是頻率的函數(shù)，是電介質(zhì)的自身屬性，與試樣的大小和形狀無(wú)關(guān)?？梢院徒殡姵?shù)同時(shí)測(cè)量，用介質(zhì)損耗儀、電橋、Q

4、表等測(cè)量。電導(dǎo)時(shí)tan與頻率的關(guān)系第10頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四介電損耗的形式電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，內(nèi)部通過(guò)的電流包括：（1）電容電流：由樣品的幾何電容充電引起電流（位移電流）；（2）吸收電流：由松弛極化引起，是介質(zhì)在交變電壓作用下引起介質(zhì)損耗的主要來(lái)源；（3）漏電電流：由介質(zhì)電導(dǎo)引起，與自由電荷有關(guān)，使介質(zhì)產(chǎn)生電導(dǎo)損耗。 第11頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下具體損耗的能量主要包括：極化損耗：在外電場(chǎng)中各種介質(zhì)極化的建立引起了電流，此電流與極化松弛等有關(guān)，引起的損耗稱(chēng)為極化損耗。電導(dǎo)損耗：在電場(chǎng)作用下，導(dǎo)電載流子做定向漂

5、移，形成傳導(dǎo)電流，電流大小由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，這部分傳導(dǎo)電流以熱的形式消耗掉，稱(chēng)之為電導(dǎo)損耗。電離損耗和結(jié)構(gòu)損耗第12頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度 一般外電場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電介質(zhì)只被極化，不影響其絕緣性能。 當(dāng)其處在很強(qiáng)的外電場(chǎng)中時(shí)，電介質(zhì)分子的正負(fù)電荷中心被拉開(kāi)，甚至脫離約束而成為自由電荷，電介質(zhì)變?yōu)閷?dǎo)電材料。當(dāng)施加在電介質(zhì)上的電壓增大到一定值時(shí)，使電介質(zhì)失去絕緣性的現(xiàn)象稱(chēng)為擊穿(breakdown)。 外加電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一臨界值時(shí)，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)的現(xiàn)象。第13頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四電介質(zhì)擊穿形式分類(lèi)熱擊穿電擊

6、穿電化學(xué)擊穿不均勻介質(zhì)中的電壓分配內(nèi)電離表面放電和邊緣擊穿第14頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四介電性能的測(cè)量方法依據(jù)所測(cè)量的基本原理可分為三大類(lèi)電橋法諧振回路法阻抗矢量法 第15頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四電橋法根據(jù)電橋平衡時(shí)兩對(duì)邊阻抗乘積相等，從而來(lái)確定被測(cè)電容器或介質(zhì)材料試樣的CX和tanX。測(cè)量范圍：0.01HZ150MHZ測(cè)量原理：第16頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四諧振回路法 依據(jù)諧振回路的諧振特性進(jìn)行測(cè)量的。根據(jù)諧振時(shí)角頻率與回路的電感、電容之間的特定關(guān)系式，求得Cx和tanX。測(cè)量范圍：40KHZ20

7、0MHZ測(cè)量原理：第17頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四阻抗矢量法 通過(guò)矢量電壓一電流的比值的測(cè)量來(lái)確定復(fù)阻抗的，進(jìn)而獲得網(wǎng)絡(luò)、元件或材料的有關(guān)參數(shù)。測(cè)量范圍：0.01HZ200MHZ測(cè)量原理：第18頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四第19頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四 介電性能測(cè)試主要內(nèi)容 簡(jiǎn)介第20頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四介電性能測(cè)試內(nèi)容主要包括絕緣電阻率相對(duì)介電常數(shù)介質(zhì)損耗角正切擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度第21頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四絕緣電阻率測(cè)試 絕緣電阻率測(cè)試通常

8、采用三電極系統(tǒng)，可以分別測(cè)出試樣的體積電阻率v和表面電阻率s，測(cè)量電路圖如下圖所示。體積電阻率測(cè)試線路圖表面電阻測(cè)量線路圖第22頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四平板試樣第23頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四管狀試樣電極材料可用粘貼鋁箔、導(dǎo)電橡皮、真空鍍鋁、膠體石墨等第24頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四相對(duì)介電常數(shù)（）測(cè)試 相對(duì)介電常數(shù)通常是通過(guò)測(cè)量試樣與電極組成的電容、試樣厚度和電極尺寸求得。平板試樣管狀試樣第25頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四介質(zhì)損耗角正切（tan)的測(cè)定 通過(guò)測(cè)量試樣的等效參數(shù)經(jīng)計(jì)算求得，也可在儀器上直接讀取。 工頻、音頻下一般都采用電橋法測(cè)量，高電壓時(shí)采用西林電橋法。第26頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四西林電橋法電橋平衡時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電容可調(diào)電容固定電阻可調(diào)電阻第27頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四當(dāng)頻率為幾十千赫到幾百兆赫范圍時(shí)，可用集總參數(shù)的諧振法進(jìn)行測(cè)量，如圖所示第28頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)0分，星期四擊穿電場(chǎng)