介電常數(shù)測(cè)試儀

4 介電常數(shù)測(cè)試儀使用方法

4.1 ZJD-B介電常數(shù)測(cè)試儀裝置圖示：

1 圓筒電容器。  2 平板電容器。  3圓筒測(cè)微桿。

4 平板測(cè)微桿。  5 圓筒測(cè)微頭。  

4.2 被測(cè)樣品的準(zhǔn)備：

被測(cè)樣品要求為圓形，直徑38~42 mm配ZJD-B。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，如太薄或太厚則測(cè)試精度就會(huì)下降，樣品要盡可能平直。

注意：在操作中要十分注意樣品的清潔，要戴手套或用鑷子取放樣品。

下面推薦一種能提高測(cè)試性的方法：準(zhǔn)備二片厚0.05mm的圓形錫膜。直徑和平板電容器極片一致，錫膜兩面均勻地涂上一層薄薄的凡士林，它起粘附作用，又能排除接觸面之間殘余空氣。把錫膜再粘在平板電容器兩個(gè)極片上，粘好后，極片呈鏡面狀為佳。然后，放上被測(cè)樣品。

4.3 介電常數(shù)測(cè)試儀測(cè)試前準(zhǔn)備：

先要詳細(xì)了解本裝置配用Q表的使用方法，操作時(shí)，要避免人體感應(yīng)的影響，即調(diào)節(jié)本裝置時(shí)，手臂盡可能離開本裝置。

持不變。試樣電容近似于△C，即是可變電容器電容的變化量。

測(cè)量誤差主要來自二次指示器的標(biāo)定刻度，以及在連線中尤其是在可變電容器和試樣的連線中所引入的阻抗。

4.3.1 檢查Q表是否正常工作

a ) 將250-100μH電感器（一般先用250μH），接在Q表“Lx”接線柱上。

b) 頻率調(diào)至1MHz。

c ) 微調(diào)電容器置于“0pF”處（ZJD-B無微調(diào)電容），調(diào)節(jié)主調(diào)電容器，使其諧振，Q值應(yīng)指示在160左右，調(diào)諧電容值刻度在100pF附近，表示Q表處于正常工作狀態(tài)。

4.4 國(guó)標(biāo)GB/T 1409-2006，推薦Q表法測(cè)試絕緣材料的介質(zhì)損耗因數(shù)和介電常數(shù)程序：

4.4.1 先完成4.3規(guī)定的測(cè)試前準(zhǔn)備基礎(chǔ)上進(jìn)行正常測(cè)試。

4.4.2 把本測(cè)試裝置ZJD-B插到Q表測(cè)試回路的“Cx”二個(gè)端子上（如下圖）。把圓筒電容器置于12.5mm處，平板電容器置于3 mm處。

4.4.3 把被測(cè)樣品放置于二極片之間，到二極片夾住樣品止。

4.4.4 調(diào)節(jié)Q表的調(diào)諧電容器，使其諧振，此時(shí)讀取Q值記為Qt，調(diào)諧電容的刻度記為Ct。

4.4.5 松開平板電容器極片，取出被測(cè)樣品，但平板電容器仍在置于有樣品時(shí)的刻度處，保持極片距離和有樣品時(shí)一致。

4.4.6 再次調(diào)節(jié)Q表的調(diào)諧電容器，再次諧振，此時(shí)讀取的Q值為Qo（Qo總是比Qt高，對(duì)絕緣材料，二者較接近，要仔細(xì)調(diào)諧,并要利用Q表的Q記憶功能，得到正確的Q值）。調(diào)諧電容的刻度記為C0（C0總是比Ct大）對(duì)低介電常數(shù)材料，電容變化值（ΔC）較小，可考慮使用Q表的ΔC調(diào)節(jié)旋鈕或用ZH914,ZH915測(cè)試裝置上圓筒電容器的讀數(shù)變化換算成ΔC，以提高測(cè)試精度。

4.4.7試樣的損耗因數(shù)計(jì)算公式為：

 試樣的介電常數(shù)測(cè)試儀計(jì)算公式為：

式中：

C0：電路中的總電容，包括電壓表以及電感線圈本身的電容，一般以無試樣時(shí)，Q表諧振電容值為C0（即Q表調(diào)諧電容指示值）。

△C：是移除試樣后再諧振時(shí)電容值（C0）與有樣品時(shí)調(diào)諧電容值（C0）之差，即：△C= C0- Ct（有試樣時(shí)測(cè)得電容值）

Cp：極片空氣介質(zhì)結(jié)構(gòu)電容，Cp= r 2 /3.6d ,式中r為測(cè)試夾具平板電極的半經(jīng)，對(duì)ZJD-B而言r =1.9。所以當(dāng)用厚度(d)為2mm樣品測(cè)試時(shí)，用ZJD-B測(cè)Cp=5pF。同樣可以查看附圖1板間隙曲線得到Cp值。

Qt：有試樣時(shí)測(cè)得Q值。  Qo：無試樣時(shí)測(cè)得Q值。

4.5 另一種介質(zhì)損耗因數(shù)和介電常數(shù)測(cè)試儀方法（變電納法）：

4.5.1調(diào)節(jié)平板電容器測(cè)微桿，使二極片相接為止，讀取刻度值記為D0。這時(shí)測(cè)微桿應(yīng)處在0mm處附近。

4.5.2再松開二極片，把被測(cè)樣品插入二極片之間，調(diào)節(jié)平板電容器測(cè)微桿，到二極片夾住樣品止。這時(shí)能讀取新的刻度值，記為D1，這時(shí)樣品厚度D2=D1-D0。

4.5.3把圓筒電容器置于10mm處。

4.5.4設(shè)置Q表的測(cè)試頻率，例如1MHz，調(diào)節(jié)Q表調(diào)諧電容，使之諧振，讀得Q值。

4.5.5 先順時(shí)針方向，后逆時(shí)針方向，調(diào)節(jié)圓筒電容器，讀取當(dāng)Q表指示Q值為原值的一半時(shí)測(cè)微桿上二個(gè)刻度值，取這二個(gè)值之差，記為M1。舉例：諧振時(shí)Q值為200，先順時(shí)針方向轉(zhuǎn)，Q值下降呈100時(shí)，圓筒刻度計(jì)為8mm，再逆時(shí)針轉(zhuǎn)至再次出現(xiàn)Q值降至100時(shí)，刻度計(jì)為11mm，測(cè)二值之差M1=3。

4.5.6再調(diào)節(jié)圓筒電容器，使Q表再次諧振。即圓筒電容器重新回到10mm處。

4.5.7取出平板電容器中的樣品，這時(shí)Q表又失諧，調(diào)節(jié)平板電容器，使再諧振，讀取測(cè)微桿上的讀值D3，其變化值為D4=D3-D0。

4.5.8 和4.4.5款操作一樣，得到新的二個(gè)值之差，記為M2，M2總比M1小。

4.5.9 計(jì)算測(cè)試結(jié)果：

被測(cè)樣品的介電常數(shù)：

∑=D2/D4

被測(cè)樣品的介質(zhì)損耗因數(shù)：

tanδ=K（M1-M2）/2Cp 

式中：K為圓筒電容器線性變化率，應(yīng)為0.33/mm。

      Cp 見附圖1

一般按以上公式計(jì)算的結(jié)果，其精度和重復(fù)性是能滿足的。但對(duì)介電常數(shù)大的被測(cè)樣品（即樣品從平板樣品放入和取出平板電容器刻度值變化較大），邊緣效應(yīng)電容對(duì)測(cè)試會(huì)有較顯著的影響。這時(shí)可按下列公式計(jì)算：

∑=（C2+CF2-CF）/C1

tanδ=K（M1-M2）/3.46（C2+CF2-CF1）

式中：C1=D1刻度時(shí)平板電容器空氣介質(zhì)電容量（見附圖一）

C2=D3刻度時(shí)平板電容器空氣介質(zhì)電容量（見附圖一）

CF1=D1刻度時(shí)的邊緣效應(yīng)電容量（見附圖二）

CF2=D3刻度時(shí)的邊緣效應(yīng)電容量（見附圖二）

4.6附錄：國(guó)標(biāo)GB/T 1409-2006“測(cè)量電氣絕緣材料在工頻，音頻，高頻下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)”和美標(biāo)ASTD D150的測(cè)試方法摘錄如下：

  介電常數(shù)測(cè)試儀諧振法（Q表法）

諧振法或Q表法是在10kHz～100MHz的頻率范圍內(nèi)使用。它的原理是基于在一個(gè)諧振電路中感應(yīng)一個(gè)已知的弱小電壓時(shí)，測(cè)量在該電路出現(xiàn)的電壓。下圖表示這種電路的常用形式，在線路中通過一個(gè)共用電阻R將振蕩器信號(hào)耦合到調(diào)諧回路上，也可用其他的耦合方法。

    介電常數(shù)測(cè)試儀諧振法的電原理圖

操作程序是在規(guī)定的頻率下將輸入電壓或電流調(diào)節(jié)到一個(gè)已知值，然后調(diào)節(jié)諧振電路達(dá)到zui大諧振，觀察此時(shí)的電壓Uo(相應(yīng)為Qo)。然后將試樣接到相應(yīng)的接線端上，再調(diào)節(jié)可變電容使電路重新諧振，觀察新的電壓U1（相應(yīng)為Qt）的值。

持不變。試樣電容近似于△C，即是可變電容器電容的變化量。

測(cè)量誤差主要來自二次指示器的標(biāo)定刻度，以及在連線中尤其是在可變電容器和試樣的連線中所引入的阻抗。

4.7 介電常數(shù)測(cè)試儀其他應(yīng)用使用方法：

使用本測(cè)試裝置和Q表配用，對(duì)絕緣材料以及其它高阻性能的薄材，例如：紙張、木材、粉壓片料等，進(jìn)行相對(duì)測(cè)量。其測(cè)試方法就非常簡(jiǎn)便、實(shí)用。采取被測(cè)樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品相比較方法，就能靈敏地區(qū)別二者之間的細(xì)微差別，例如含水量，配用原料變動(dòng)等等。

測(cè)試時(shí)先把標(biāo)準(zhǔn)樣品放入平板電容器，調(diào)節(jié)Q表頻率，諧振后讀得Q值。再換上被測(cè)樣品，調(diào)節(jié)圓筒電容器，再諧振，看Q值變化，如Q值變化很小，說明標(biāo)準(zhǔn)樣品和被測(cè)樣品高頻損耗值一致，反之，說明二者性能有區(qū)別，如圓筒電容器調(diào)節(jié)不能再諧振，通過調(diào)節(jié)Q表頻率才能諧振，且頻率變化較大。說明被測(cè)樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的配用原材料使其介電常數(shù)相差很大。