材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的測量

材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的測量

無機(jī)材料的介電常數(shù)及磁導(dǎo)率的測定一、。

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二、又稱電介質(zhì)是一類具有電極化力量的功能材料,它是以正負(fù)電荷重心不重合的電極化方式來傳遞和儲存電的作用。

極化指在外加電場作用下,構(gòu)成電介質(zhì)材料的內(nèi)部微觀粒子,如原子,離子和分子這些微觀粒子的正負(fù)電荷中心發(fā)生分別,并沿著外部電場的方向在肯定的范圍內(nèi)做短距離移動,從而形成偶極子的過程。

極化現(xiàn)象和頻率親密相關(guān),在特定的的頻率范圍主要有四種極化機(jī)制:電子極化,1015,離子極化,1012~1013,轉(zhuǎn)向極化,1011~1012和空間電荷極化,103。

這些極化的基本形式又分為位移極化和松弛極化,位移極化是彈性的,不需要消耗時間,也無能量消耗,如電子位移極化和離子位移極化。

而松弛極化與質(zhì)點的熱運動親密相關(guān),極化的建立需要消耗肯定的時間,也通常伴隨有能量的消耗,如電子松弛極化和離子松弛極化。

相對介電常數(shù)ε,簡稱為介電常數(shù),是表征電介質(zhì)材料介電性能的最重要的基本參數(shù),它反映了電介質(zhì)材料在電場作用下的極化程度。

ε的數(shù)值等于以該材料為介質(zhì)所作的電容器的電容量與以真空為介質(zhì)所作的同樣外形的電容器的電容量之比值。

表達(dá)式如下:1100式中為含有電介質(zhì)材料的電容器的電容量;為相憐憫況下真空電容器的電0容量;為電極極板面積;為電極間距離;為真空介電常數(shù),10-12。

另外一個表征材料的介電性能的重要參數(shù)是介電損耗,一般用損耗角的正切δ表示。

它是指材料在電場作用下,由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)而引起的能量損耗。

材料的介電常數(shù)和介電損耗取決于材料結(jié)構(gòu)和極化機(jī)理。

除此之外,還與工作頻率、環(huán)境溫度、濕度有關(guān)。

在交變電場作用下,材料的介電常數(shù)常用復(fù)介電常數(shù)表達(dá):2式中和都是與頻率相關(guān)的量,二者的比值為δ3則介質(zhì)電導(dǎo)率4式中為交變電壓的角頻率。

僅與介質(zhì)有關(guān),稱為介質(zhì)損耗因子,其大小可以作為絕緣材料的判據(jù)。

此外,還有一個表征介電材料耐壓性能的物理量——介電強(qiáng)度。

當(dāng)外加電場強(qiáng)度漸漸增大,超過電介質(zhì)材料所能承受的臨界值時,電介質(zhì)材料從介電狀態(tài)向?qū)щ姞顟B(tài)轉(zhuǎn)變,這一臨界電場強(qiáng)度即為介電強(qiáng)度。

任何介質(zhì)處于磁場中,均會使其所在空間的磁場發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱為磁化。

在磁場強(qiáng)度為的外加磁場中,介質(zhì)被磁化后會反過來影響所在的磁場,0使其發(fā)生變化,即產(chǎn)生一個附加磁場′,此時介質(zhì)所處磁場的總磁場強(qiáng)度總為5總0單位為安米。

無外加磁場時,材料中原子固有磁矩的矢量總和為零,宏觀上不呈現(xiàn)磁性。

外加磁場時,物質(zhì)被磁化,但是不轉(zhuǎn)變其固有磁矩大小,只轉(zhuǎn)變其向。

因此物質(zhì)的取磁化程度可以用單位體積的磁矩大小來表示,即磁化強(qiáng)度,其單位為6式中表示體積為磁介質(zhì)中磁矩矢量和。

即上述的附加磁場,它與磁場強(qiáng)度的關(guān)系為7式中χ為單位體積的磁化率,量綱為1。

通過垂直磁場方向單位面積的磁力線束稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度,用表示,其單位為特斯拉,它與磁場強(qiáng)度的關(guān)系為μ80式中μ=4π10-7,單位為亨米,稱為真空磁導(dǎo)率。

0將式7代入式5代入可得:μ1μμμ900式中μ為相對磁導(dǎo)率;μ為物質(zhì)磁導(dǎo)率,它反映磁感應(yīng)強(qiáng)度隨外磁場強(qiáng)度變化的速率。

通常使用的是磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率,其定義為物質(zhì)磁導(dǎo)率μ與真空磁導(dǎo)率μ的比值,即:0μμ10μ0類似的,在交變磁場中,相對磁導(dǎo)率是一個復(fù)數(shù),即μμμ11μ表示在磁場作用下產(chǎn)生的磁化程度,反映材料對電磁波能量的存儲力量;μ表示外加磁場作用下材料磁偶矩重排引起的損耗,反映材料對電磁波產(chǎn)生損耗的μ力量。

磁性損耗介質(zhì)對電磁波的衰減力量通常用損耗正切δ來表示,其μ值越大,衰減力量越強(qiáng)。

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它采納射頻電流-電壓-測量技術(shù),依據(jù)被測件終端電流和電壓來直接測量1~3頻率范圍內(nèi)的阻抗。

通過測定的高精度的阻抗值,計算試樣的介電常數(shù)或磁導(dǎo)率,可直接在顯示器上讀取結(jié)果。

測量介電常數(shù)時需將4991與夾具16453配套使用,測量磁導(dǎo)率時需將4991與夾具16454配套使用。

:4991射頻阻抗分析儀、16453夾具、16454夾具,見圖1。

規(guī)格:內(nèi)置等效電路分析能對被測件的多元件模型進(jìn)行計算,在掃描頻率范圍1-3內(nèi)便利的獵取測試數(shù)據(jù),彩色可以同時顯示多組測量曲線;先進(jìn)的校正和補(bǔ)償方法降低了測量誤差。

測量頻率范圍:1~3,辨別率:1;震蕩器水平:40~1,辨別率:;輸出阻抗:50;直流偏壓:0~40,辨別率:1;直流偏流:100μ~50,–100μ~–50,辨別率:。

①環(huán)狀試樣:外環(huán)直徑φ≤,內(nèi)環(huán)直徑φ≥,厚度≤;外內(nèi)②圓柱或塊狀試樣:最大外徑φ≥15,≤厚度≤3。

:連接主機(jī)各種組件,包括電源線,鍵盤,鼠標(biāo),測試端頭等,然后開機(jī),。

:①4991狀態(tài)初始化:“”→“”②設(shè)置測量模式:“”→“”→“”→“”→“選擇測試參數(shù):介電常數(shù)磁導(dǎo)率”:①設(shè)置顯示方式:“”→“”→“:3”②設(shè)置測試參數(shù):“”→“”→“”→“:-”③設(shè)置掃描參數(shù):“”→“”→設(shè)置掃描點數(shù)201及方式④設(shè)置振蕩水平:“”→“”→“”選擇電流磁導(dǎo)率或電壓介電常數(shù)⑤設(shè)置掃描幅度:“”→“”→“”或“”7端:①校正預(yù)備:“”→“”→“[]”→“:”②開路校正:“連接0到7端”→“”→“√”→“逆時針卸載0”③短路校正:“連接0Ω到7端”→“”→“√”→“逆時針卸載0Ω”④負(fù)載校正:“連接50Ω到7端”→“”→“√”→“逆時針卸載50Ω”⑤低損耗電容校正:“連接‘低損耗電容’到7端”→“”→“√-”→“逆時針卸載低損耗電容”→“”→屏幕底端狀態(tài)顯示為,校正完畢。

:16453的補(bǔ)償:①將16453連接到7端,:“”→“”→“”→“”②選擇夾具模式:“”→“”→“”→“16453”③選擇校正的測試點類型:“[]”→“:”④短路校正:調(diào)整釋放提升按鈕,使夾具上下電極接觸,”→“√”⑤開路校正:調(diào)整釋放提升按鈕,使夾具上下電極分開,”→“√”⑥負(fù)載校正:將標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載置于上下電極之間,“”→“√”→“”確認(rèn)→屏幕底端狀態(tài)欄中變?yōu)?校正完畢。

16454的補(bǔ)償:①將1645316454連接到7端②選擇夾具模式:“”→“”→“”→選擇“16454或16454”③補(bǔ)償:“”→“”→“”→將樣品托置于測量夾具上→”→“√”;“”→“√”;“”→“√”→“”→確認(rèn)屏幕底端狀態(tài)中變?yōu)?補(bǔ)償完畢。

:①測試預(yù)備:“”→“”→“”→“輸入樣