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了解介電常數(shù)測試儀的基本原理
介電常數(shù)和介電損耗正切的測定
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
①了解測定高分子材料介電常數(shù)和介電損耗角正切測定的基本原理
②掌握高分子材料材料介電常數(shù)和介電損耗角正切測定的測定方法
2.實(shí)驗(yàn)原理
介電常數(shù)是表征絕緣材料在交流電場下，介質(zhì)極化程度的一個(gè)參數(shù)，它是充滿此絕緣材料的電容器的電容量與以真空為電介質(zhì)時(shí)同樣電極尺寸的電容器的電容量的比值。介質(zhì)損耗角正切是表征該絕緣材料在交流電場下能量損耗的一個(gè)參數(shù)，是外施正弦電壓與通過試樣的電流之間的相對的余角正切。
測定高分子材料介電常數(shù)和介電損耗角正切實(shí)驗(yàn)方法有：工頻高壓電橋法和變電納法。
本實(shí)驗(yàn)采用工頻高壓電橋法。其工作原理為：被測試樣與無損耗標(biāo)準(zhǔn)電容Co是電橋的兩相鄰橋臂，橋臂R3是無感電阻，與它相鄰的臂由電容C4和恒定電阻R4并聯(lián)構(gòu)成。在電阻R4的中點(diǎn)和屏蔽間接有一可調(diào)電容Ca來完成線路的對稱操作。線路的對稱在這里理解為使“臂R3對屏蔽"及“臂R4對屏蔽"的寄生電容固定且相等。由于電阻線圈R3中的金屬線比電阻R4長得多，臂R3的寄生電容也將大于臂R4的寄生電容。附加電容Ca可以增大臂R4的電容泄漏，使其數(shù)值與臂R3的泄漏相等。臂Ca和Co的寄生電容不大，因此不用對他們加以平衡。
保護(hù)電壓e的作用是消除放大器P處頂點(diǎn)可能存在的泄漏電流，為此e是一個(gè)將橋P處頂點(diǎn)的電位引向地電位的裝置。
這主類電橋平衡后必然有：Zx·Z4＝Zs·Z3 ……（3-45）
其中 Zx＝j / (ωCx)
Zs＝j / (ωCs)
Z3=R3
Z4=[（1 / R4）+ jωC4]-1
由平衡條件及tgδ定義可計(jì)算出：tgδ=2πf C4·R4·10-12
當(dāng)f＝50Hz，R4＝10000/πΩ時(shí)，有tgδ= C4·10-6，即可用C4直接表示tgδ值。根據(jù)式（3-45）計(jì)算可得到：
C4=C3·(R4 / R3)·[1+(1/ tg2δ)]
ε＝Cs / Co
本方法適用于測試固體電工絕緣材料如絕緣漆、樹脂和膠、浸漬纖維制品、層壓制品、云母及其制品、塑料、薄膜復(fù)合制品、陶瓷和玻璃等的相對介電常數(shù)與介質(zhì)損耗角正切以及由它們計(jì)算出來的相關(guān)參數(shù)，例如損耗因素。
對有些絕緣材料如橡膠以及橡膠制品，薄膜等的上述性能實(shí)驗(yàn)，可按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或者參考本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
3.實(shí)驗(yàn)試樣
本次實(shí)驗(yàn)采用多型腔圓片模具注塑成型的高密度聚乙烯圓片試樣.直徑120mm厚度3mm(由材料形狀,電極選二電極,板狀電極)
4.實(shí)驗(yàn)設(shè)備
ZJD-87高壓自動(dòng)介電常數(shù)測試儀 北京航天縱橫檢測設(shè)備有限公司生產(chǎn)
電極 采用板狀圓形電極
5.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
序號(hào) | Ca0 | ξ | |
1 | 52.35 | 2.20 | |
2 | 52.67 | 1.90 | |
3 | 52.67 | 1.64 | |
序號(hào) | R3(Ω) | tgδ | t |
1 | 1385 | 45.4 | 3.32 |
2 | 1587 | 45.3 | 3.30 |
3 | 1838 | 40.5 | 3.30 |
6.思考題
1. 實(shí)驗(yàn)要求試樣厚度不大于3mm的原因?
答：試樣的厚度如果大于3mm，為了測得他的介電常數(shù)，需要一個(gè)很高的電壓，這樣使得設(shè)備條件更加苛刻，實(shí)驗(yàn)環(huán)境也不安全。
2. 試樣中含有雜質(zhì)的測試結(jié)果?
答：介電系數(shù)增大，導(dǎo)電介質(zhì)或極性雜質(zhì)的存在，會(huì)增加高聚物的導(dǎo)電電流和極化率，因而使介電損耗增大，特別是對于非極性高聚物來說，雜質(zhì)成了引起介電損耗的主要原因。
3．實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件如溫度、濕度對測定結(jié)果的影響。
溫度：溫度變化會(huì)引起高聚物的粘度變化，因而極化建立過程所需要的時(shí)間也起變化。溫度對取向極化（介電常數(shù)）有兩種相反的作用，一方面溫度升高，分子間相互作用減弱，粘度下降，使偶極轉(zhuǎn)動(dòng)取向容易進(jìn)行，介電常數(shù)增加；另一方面，溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，對偶極轉(zhuǎn)動(dòng)干擾增加，使極化減弱，介電系數(shù)下降。對于一般的高聚物來說，在溫度不太高時(shí)，前者占主導(dǎo)地位，因而溫度升高，介電常數(shù)增大，到一定范圍，后者超過前者，介電常數(shù)即開始隨溫度升高而減小。
濕度：濕度越大，水分越多，能明顯增加高聚物介電損耗的極性雜質(zhì)。在低頻下，它主要以離子電導(dǎo)形式增加電導(dǎo)電流，引起介電損耗；在微波頻率范圍，水分子本身發(fā)生偶極松弛，出現(xiàn)損耗峰。對于極性高聚物，水有不同程度的增塑作用，尤其是聚酰胺類和聚丙烯酸酯類等，結(jié)果將使高聚物的介電損耗峰向較低溫度移動(dòng)。水對熱固性塑料也有影響。