电容元件介电参数测量
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（1）接触式电极：是指与被测材料紧密接触的电极。 采用的电极材料有：表面粘贴（金属箔）、沉积金属层可以用喷 绘（涂导电涂层）、烧制（烧银）、喷涂低熔点金属，镀膜（蒸发 、溅射）等方法形成。
（2）不接触式电极 所谓不接触式电极就是在试样表面不粘贴或不涂敷任何导电材 料而把试样放入已制作的金属板状电极之间，让金属电极与试样 间（一边或二边）留一气体或液体间隙。
图3-4 测微电极的接触式二电极法
1、仪器的高压端 2、仪器的接地端 3、试样 4、硬导线
1、接地端 2、高压电极 3、试样 4、接地电极
5、波纹管 6、测微螺丝 7、微调电容器 8、高压电极
1、厚度测量要求准确度高； 2、试样与电极应屏蔽，以排除外场干拢。
测量固体介质的介电系数和损耗角正切所用的电极可分为接触式 电极与不接触式电极两大类。
相对介电常数与损耗角正切可计算如下：
tg?
?
Cxtg? x Cp ? ?rCd
?
Cxtg? x
Cx ? Cf ? Cg
?
1?
tg? x
Cf ?
Cg
Cx
?r
?
Cx ? Cf ? Cg Co ? Cd
三、电桥测量法概述
? 电桥法测量原理： 把试样作为一个桥臂，其它三个桥臂电抗均为已知，调节电桥
达到平衡，根据平衡条件，求出试样的并联等值电容和电阻 从而求出试样的介电系数和损耗角正切。
三电极:
12
g
h
3
三电极测试系统
图3-2 三电极系统的杂散电容
? 消除Ce 、Cg 的影响，接近均匀场，消除了Gs(表面漏导) 对tg?的影响。 ? 需要第三个测量端，调节麻烦，设备复杂，高频时接线过 多引起杂散电容。
表面漏导引起的介质损耗角正切增量 ? tg? ? Gs ? Cx
图3-3 简单的二电极测试系统
?
1?
tg? x
Ce ? Cg
Cx
?r
?
Cp Co
?
Cx
? Ce ? Cg Co
Ce—边缘电容， Cg—对地电容 Cx 、 tgδx为测试值， Cp 、 tgδ 为试样真实值， C0--试样的真空电容值
?实际情况
当有一个电极或两个电极都比样品小时，杂散电场的存在导致 杂散电容，并出现损耗。
以Cf表示无损耗边缘电容， εrCd表示有损耗边缘电容，则总的 边缘电容为： Ce=εrCd+Cf
Cp
?
Cs
1? tg 2?Leabharlann Baidu
Rp
? Rs ????1?
1
tg 2?
????
当tgδ<0.1时，可认为Cp= Cs，此时误差不大于1%。
实际中介质损耗是很微小的，一般不能用普通的功率表示来 测损耗因数，而是把试样视为上述的等效阻抗。
材料的εr、tgδ与样品的形状、尺寸无关，与等效电路的选择无 关，是材料的特征参数。
容量变化 A: ±1.0% B: ±1.5% C: ±2.2% D: ±3.3% E: ±4.7% F: ±7.5% P: ±10% R: ±15% S: ±22% T: +22%~-33% U: +22%~-56% V: +22%~-82%
二、 介质测量的电极系统
二电极系统、三电极系统 二电极：有的测试方法或设备只提供两个测量接头 (如谐振法)， 故用二电极。
?不作电极；用二电极也能消除或减少边缘、对地、接线电容 的影响；可测不能（或不易）做电极的材料，如泡沫、塑料、纸、 薄膜；对薄膜或低损耗材料测量的准确度高。
二电极系统中介电常数与损耗的计算
? 理想情况 Cp=Cx－Cg－Ce
tg?
?
C xtg? x
Cp
?
Cx
C xtg? x
? (Ce ? Cg )
对圆形平板试样
?r=0.144tC/D2 D------试样与电极直径(m) 上述计算没考虑边缘效应。
? 介质损耗因子
介质损耗：置于交流电场中的介质，以内部发热(温度升高)形 式表现出来的能量损耗。 介质损耗角：对电介质施加交流电压，介质内部流过的电流相 位与电压相位之间夹角的余角。 介质损耗角正切：对电介质施以正弦波电压，外施电压与相同 频率的电流之间相角的余角δ的正切值—tgδ。
?范围广； 精度高； 频带宽； 还可通过使用三电极来消除表面电导和边缘效应带来的测量 误差。
电容电桥按测试使用频率可分为：
超低频电桥： 0.01Hz — 200Hz
音频电桥： 20Hz — 3MHz
双T电桥：
εr、tgδ与温度、频率、场强、湿度等有关，因此测量时必须注 意测试条件及环境条件。
电容的温度与容量误差编码
低温 X: -55 °C Y: -30 °C Z: +10 °C
高温 4: +65 °C 5: +85 °C 6: +105 °C 7: +125 °C 8: +150 °C 9: +200 °C
第三章 电容元件介电参数测量
一.电容器基本参数 二.介质测量的电极系统 三.电桥测量法概述 四.西林电桥 五.双T电桥 六.谐振法 七.高频测量技术 八.电介质材料击穿实验
一、电容器基本参数
电容量C或相对介电系数? r 损耗角正切tgδ(tanδ)或品质因子Q, Q=1/tgδ
? 相对介电系数 ? r=C/Co，以绝缘材料为介质与以真空为介
质制成同尺寸电容器的电容量之比值。
物理含义：表示在单位电场中，单位体积内积蓄的静电能量的
大小。是表征电介质极化并储存电荷的能力，是个宏观物理量
Co= ?oA/t ?o=(4π×9×109)-1 (F/m)
?0—真空介电系数，8.854×10-12(F/m) A—电容面积，m2
t —电容厚度，m
?r=C/C0=tC/?oA=0.036×10-12πtC/A
二电极测量存在由边缘效应引起的 边缘电容(C e)和电极对地 电容(C g)，这两个使测量值偏大，即测量值 (C x)大于真值(C p)。故 有: C p=Cx－Cg－Ce，但对于tg?却有测量值偏小的现象。
? 有功能量分量tg? ?Cp ? tg? X ?CX ? tg? X ? tg?
图3-1 平板电容的杂散电容
介质损耗角示意图
物理意义
tg? ? W消耗 ? 有功功率
W储存 无功功率
用电路的概念来描述，可以把有介质损耗的绝缘体看成是电容和 电阻并联或串联的等效阻抗，如图所示。
两种等效电路
tgδ ：被测材料损耗角正切
Cs、Cp：串联、并联等值电容（F） Rs、Rp：串联、并联等值电阻（Ω）
并联、串联等值电路参数关系
（2）不接触式电极 所谓不接触式电极就是在试样表面不粘贴或不涂敷任何导电材 料而把试样放入已制作的金属板状电极之间，让金属电极与试样 间（一边或二边）留一气体或液体间隙。
图3-4 测微电极的接触式二电极法
1、仪器的高压端 2、仪器的接地端 3、试样 4、硬导线
1、接地端 2、高压电极 3、试样 4、接地电极
5、波纹管 6、测微螺丝 7、微调电容器 8、高压电极
1、厚度测量要求准确度高； 2、试样与电极应屏蔽，以排除外场干拢。
测量固体介质的介电系数和损耗角正切所用的电极可分为接触式 电极与不接触式电极两大类。
相对介电常数与损耗角正切可计算如下：
tg?
?
Cxtg? x Cp ? ?rCd
?
Cxtg? x
Cx ? Cf ? Cg
?
1?
tg? x
Cf ?
Cg
Cx
?r
?
Cx ? Cf ? Cg Co ? Cd
三、电桥测量法概述
? 电桥法测量原理： 把试样作为一个桥臂，其它三个桥臂电抗均为已知，调节电桥
达到平衡，根据平衡条件，求出试样的并联等值电容和电阻 从而求出试样的介电系数和损耗角正切。
三电极:
12
g
h
3
三电极测试系统
图3-2 三电极系统的杂散电容
? 消除Ce 、Cg 的影响，接近均匀场，消除了Gs(表面漏导) 对tg?的影响。 ? 需要第三个测量端，调节麻烦，设备复杂，高频时接线过 多引起杂散电容。
表面漏导引起的介质损耗角正切增量 ? tg? ? Gs ? Cx
图3-3 简单的二电极测试系统
?
1?
tg? x
Ce ? Cg
Cx
?r
?
Cp Co
?
Cx
? Ce ? Cg Co
Ce—边缘电容， Cg—对地电容 Cx 、 tgδx为测试值， Cp 、 tgδ 为试样真实值， C0--试样的真空电容值
?实际情况
当有一个电极或两个电极都比样品小时，杂散电场的存在导致 杂散电容，并出现损耗。
以Cf表示无损耗边缘电容， εrCd表示有损耗边缘电容，则总的 边缘电容为： Ce=εrCd+Cf
Cp
?
Cs
1? tg 2?Leabharlann Baidu
Rp
? Rs ????1?
1
tg 2?
????
当tgδ<0.1时，可认为Cp= Cs，此时误差不大于1%。
实际中介质损耗是很微小的，一般不能用普通的功率表示来 测损耗因数，而是把试样视为上述的等效阻抗。
材料的εr、tgδ与样品的形状、尺寸无关，与等效电路的选择无 关，是材料的特征参数。
容量变化 A: ±1.0% B: ±1.5% C: ±2.2% D: ±3.3% E: ±4.7% F: ±7.5% P: ±10% R: ±15% S: ±22% T: +22%~-33% U: +22%~-56% V: +22%~-82%
二、 介质测量的电极系统
二电极系统、三电极系统 二电极：有的测试方法或设备只提供两个测量接头 (如谐振法)， 故用二电极。
?不作电极；用二电极也能消除或减少边缘、对地、接线电容 的影响；可测不能（或不易）做电极的材料，如泡沫、塑料、纸、 薄膜；对薄膜或低损耗材料测量的准确度高。
二电极系统中介电常数与损耗的计算
? 理想情况 Cp=Cx－Cg－Ce
tg?
?
C xtg? x
Cp
?
Cx
C xtg? x
? (Ce ? Cg )
对圆形平板试样
?r=0.144tC/D2 D------试样与电极直径(m) 上述计算没考虑边缘效应。
? 介质损耗因子
介质损耗：置于交流电场中的介质，以内部发热(温度升高)形 式表现出来的能量损耗。 介质损耗角：对电介质施加交流电压，介质内部流过的电流相 位与电压相位之间夹角的余角。 介质损耗角正切：对电介质施以正弦波电压，外施电压与相同 频率的电流之间相角的余角δ的正切值—tgδ。
?范围广； 精度高； 频带宽； 还可通过使用三电极来消除表面电导和边缘效应带来的测量 误差。
电容电桥按测试使用频率可分为：
超低频电桥： 0.01Hz — 200Hz
音频电桥： 20Hz — 3MHz
双T电桥：
εr、tgδ与温度、频率、场强、湿度等有关，因此测量时必须注 意测试条件及环境条件。
电容的温度与容量误差编码
低温 X: -55 °C Y: -30 °C Z: +10 °C
高温 4: +65 °C 5: +85 °C 6: +105 °C 7: +125 °C 8: +150 °C 9: +200 °C
第三章 电容元件介电参数测量
一.电容器基本参数 二.介质测量的电极系统 三.电桥测量法概述 四.西林电桥 五.双T电桥 六.谐振法 七.高频测量技术 八.电介质材料击穿实验
一、电容器基本参数
电容量C或相对介电系数? r 损耗角正切tgδ(tanδ)或品质因子Q, Q=1/tgδ
? 相对介电系数 ? r=C/Co，以绝缘材料为介质与以真空为介
质制成同尺寸电容器的电容量之比值。
物理含义：表示在单位电场中，单位体积内积蓄的静电能量的
大小。是表征电介质极化并储存电荷的能力，是个宏观物理量
Co= ?oA/t ?o=(4π×9×109)-1 (F/m)
?0—真空介电系数，8.854×10-12(F/m) A—电容面积，m2
t —电容厚度，m
?r=C/C0=tC/?oA=0.036×10-12πtC/A
二电极测量存在由边缘效应引起的 边缘电容(C e)和电极对地 电容(C g)，这两个使测量值偏大，即测量值 (C x)大于真值(C p)。故 有: C p=Cx－Cg－Ce，但对于tg?却有测量值偏小的现象。
? 有功能量分量tg? ?Cp ? tg? X ?CX ? tg? X ? tg?
图3-1 平板电容的杂散电容
介质损耗角示意图
物理意义
tg? ? W消耗 ? 有功功率
W储存 无功功率
用电路的概念来描述，可以把有介质损耗的绝缘体看成是电容和 电阻并联或串联的等效阻抗，如图所示。
两种等效电路
tgδ ：被测材料损耗角正切
Cs、Cp：串联、并联等值电容（F） Rs、Rp：串联、并联等值电阻（Ω）
并联、串联等值电路参数关系