固体绝缘材料介电常数、介质损耗试验方法
电介质材料的介电常数和损耗的频率特性
〈一〉实验目的 〈二〉实验仪器 〈三〉实验原理 〈四〉操作步骤 〈五〉数据处理
〈一〉实验目的
1．熟练掌握MODEL TH2816型宽频LCR数字电桥的使用；
2．测量几种介质材料的介电常数 和介质损耗角正切 （tan）与频率的关系，从而了解它们的 、tan 的频
原因，并分析产生误差的可能性； 4. 比较不同偏压下的ε , tg δ与频率关系曲线的异同，
并分析原因。
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介电损耗值，即 tan /， 又称介质损耗因数。δ是电 介质的电位移D由于极化弛豫而落后电场E的一个相位角。 由于介质的各种极化机构在不同的频率范围有不同的响应和
不同频率下产生不同的电导率，所以介质的介电常数和介电
损耗都是随频率的变化而变化。如不考虑边缘效应，平板试
样的电容量可用下式表示：
（5）选择不同的测量频率，测出不同频率下的电容C和损 耗tg δ的值。（可设置的频率范围为：20 Hz — 150 kHz）
（6）再分别将内偏调到5V, 10V重复测量。
〈五〉数据处理
1. 由测量数据，进行转换:C→ε＇； 2. 用origin软件绘图，绘出 ε＇~ f和 tg δ ~ f关系曲线； 3. 对所得曲线进行分析：分析，tan与频率变化的
电介质的介电损耗一般用损耗角正切tan 表示，并定义
为： 介质损耗的功率（即有功功率）
tan
无功功率
。在直流电场下，电介质内只有
泄漏电流所产生的电导损耗；但在交变电场中，除电导损耗
外还存在着各种形式的极化所产生的损耗，即松弛极化损耗。
固体绝缘材料介电常数、介质损耗试验方法
固体绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波长在内）下相对介电常数和介质损耗因数的试验方法本标准等效采用国际标准 IEC 250（1969）《测量电气绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波长在内）下相对介电常数和介质损耗因数的推荐方法》，只是去掉其中液体试样及其试验部分。
1主题内容与适用范围本标准规定了固体绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波长在内）下相对介电常数和介质损耗因数的试验方法。
本标准适用于 15 HZ～300 MHZ频率范围内测量固体绝缘材料的相对介电常数、介质损耗因数，并由此计算某些数值，如损耗指数。
测量所得的数值与一些物理条件，例如频率、温度、湿度有关，在特殊情况下也与场强有关。
2定义2.1相对介电常数绝缘材料的相对介电常数。
r是电极间及其周围的空间全部充以绝缘材料时，其电容 Cx与同样构型的真空电容器的电容C0之比：Er=CX／C0………………………………………（ 1）在标准大气压下，不含二氧化碳的干燥空气的相对介电常数等于 1． 000 53。
因此，用这种电极构型在空气中的电容C。
来代替C。
测量相对介电常数时，有足够的精确度。
在一个给定的测量系统中，绝缘材料的介电常数是该系统中绝缘材料的相对介电常数。
与真空介电常数的乘积。
真空介电常数：E0=8.854×10-12F/m≈1×10-9F/36πm………………………（ 2）在本标准中用PF／cm来计算，真空介电常数为：E0=0.08854pF/cm2. 2介质损耗角 6绝缘材料的介质损耗角a，是由该绝缘材料作为介质的电容器上所施加的电压与流过该电容器的电流之间的相位差的余角。
2．3介质损耗因数tanδ绝缘材料的介质损耗因数是介质损耗角E的正切tanE。
2.4损耗指数E n绝缘材料的损耗指数E n，等于该材料的介质损耗因数不清tanE与相对介质常数e的乘积。
2.5相对复介电常数E绝缘材料的相对复介电常数是由相对介电常数和损耗指数结俣而得出的。
介质损耗试验
电容和介质损耗测量一试验目的测量介质损耗的目的是判断电气设备的绝缘状况。
测量介质损耗因数在预防性试验中是不可缺少的工程。
因为电气设备介质损耗因数太大，会使设备绝缘在交流电压作用下，许多能量以热的形式损耗，产生的热量将升高电气设备绝缘的温度，使绝缘老化，甚至造成绝缘热击穿。
绝缘能力的下降直接反映为介质损耗因数的增大。
进一步就可以分析绝缘下降的原因，如：绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等等。
所以，在出厂试验时要进展介质损耗的试验，运行中的电气设备亦要进展此种试验。
测量介质损耗的同时，也能得到试品的电容量。
电容量的明显变化，反映了多个电容中的一个或几个发生短路、断路。
二概念及原理介质损耗是绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。
也叫介质损失，简称介损。
在交流电压作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角为功率因数角(Φ)，而余角(δ)简称介损角。
介质损耗正切值δtg又称介质损耗因数，是指介质损耗角正切值，简称介损角正切。
介质损耗因数〔δtg〕的测量在电气设备制造、绝缘材料电气性能的鉴定、绝缘的试验等都是不可缺少的。
因为测量绝缘介质的δtg值是判断绝缘情况的一个较灵敏的试验方法。
在交流电压作用下，绝缘介质不仅有电导的损耗，还有极化损耗。
介质损耗因数的定义如下:如果取得试品的电流相量和电压相量，那么可以得到如下相量图：合成，因此：总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流IR这正是损失角δ=(90°-Φ)的正切值。
因此现在的数字化仪器从本质上讲，是通过测量δ或者Φ得到介损因数。
有的介损测试仪习惯显示功率因数(PF:cos Φ)，而不是介质损耗因数(DF:tgδ)。
一般cosΦ<tgδ，在损耗很小时这两个数值非常接近。
三试验方法根据试品的具体情况确定试验接线方式方法。
试验方法有外施和内施两种。
外施是使用外部高压试验电源和标准电容器进展试验，对介损仪的示值按一定的比例关系进展计算得到测量结果的方法。
介质损耗和介电常数测量试验
介电特性是电介质材料极其重要的性质。 在实际应用中， 电介质材料的 介电系数和介质损耗是非常重要的参数。 例如，制造电容器的材料要求介电 系数尽量大， 而介质损耗尽量小。 相反地， 制造仪表绝缘器件的材料则要求 介电系数和介质损耗都尽量小。 而在某些特殊情况下， 则要求材料的介质损 耗较大。 所以，通过测定介电常数 ( )及介质损耗角正切 (tg )，可进一步了解 影响介质损耗和介电常数的各种因素，为提高材料的性能提供依据。
1、介电常数 ( )：某一电介质 (如硅酸盐、高分子材料 )组成的电容器在 一定电压作用下所得到的电容量 Cx 与同样大小的介质为真空的电容器的电 容量 Co 之比值，被称为该电介质材料的相对介电常数。
Cx Co 式中： Cx —电容器两极板充满介质时的电容；
0
C —电容器两极板为真空时的电容；
—电容量增加的倍数，即相对介电常数
电容器等组成 (图 2)。工作原理如下：高频信导发生器的输出信号，通过低
阻抗耦合线圈将信号馈送至宽频低阻抗分压器。 输出信号幅度的调节是通过
控制振荡器的帘栅极电压来实现。当调节定位电压表 CBl 指在定位线上时，
Ri 两端得到约 l0mV 的电压 (Vi) 。当 Vi 调节在一定数值 (10mV) 后，可以使
CB1 Ri
C
CB2
图 1 Q 表测量电路图
经推导 (1) 介电常数：
2
(C1 C 2)d
(1)
2
式中： C1—标准状态下的电容量；
C2—样品测试的电容量；
d—试样的厚度 (cm)；
Φ—试样的直径 (cm)；
(2) 介质损耗角正切：
C1 Q1 Q2 tg
(2)
绝缘材料介电常数与损耗角的测定实验报告
绝缘材料介电常数与损耗角的测定实验报告实验报告：绝缘材料介电常数与损耗角的测定1.实验目的本实验旨在了解绝缘材料的介电常数与损耗角的概念，并掌握测定绝缘材料介电常数和损耗角的实验方法。
2.实验原理绝缘材料在电场作用下，会出现介质极化现象。
介质在电场作用下，分子或原子会发生电子云的畸变，产生电偶极子。
电偶极子的形成导致了介质内的电荷分布不均匀，产生了极化电流。
绝缘材料的介电常数是描述介质电极化程度的物理量，用ε表示。
损耗角则用来描述绝缘材料中的电能转化为热能的能力。
3.实验设备与材料-介电常数测量装置-高压电源-电容器-示波器-电阻箱-导线-绝缘材料样品4.实验步骤4.1将实验装置搭建好，并将高压电源接通。
4.2将电容器与高压电源连接，并调节高压电源使得电压保持在恒定值（如100V）。
4.3通过示波器观察电路中电压和电流的相位差，并记录相位差角度。
4.4更换不同的绝缘材料样品，重复步骤4.2和4.3，记录相应的相位差角度。
4.5根据实验数据计算绝缘材料的介电常数和损耗角。
5.数据处理与分析5.1将记录到的相位差角度数据转化为弧度值。
5.2利用以下公式计算绝缘材料的介电常数：ε = (1 / (2πfC)) * tanφ其中，f为电压频率，C为电容器的电容量，φ为相位差角度值。
5.3利用以下公式计算绝缘材料的损耗角：tanδ = tanφ / (1 - tanφ^2 * εr)其中，εr为绝缘材料的相对介电常数。
6.结果与讨论根据实验测得的数据，我们计算出了各种不同绝缘材料的介电常数和损耗角度。
根据实验数据分析发现，不同绝缘材料的介电常数和损耗角度数值各不相同。
这是由于不同的绝缘材料在电场作用下的分子或原子结构、导电性等方面的差异导致的。
7.实验结论通过本次实验，我们成功测得了不同绝缘材料的介电常数和损耗角度，并对其进行了分析。
绝缘材料的介电常数和损耗角是描述其在电场作用下的电性能的重要参数，对于电器设备的性能和效果具有重要影响。
物理实验技术中的电介质性能测量方法与技巧
物理实验技术中的电介质性能测量方法与技巧电介质是电子学和电力系统中不可或缺的一部分。
电介质的性能测量是衡量其质量和可靠性的重要手段。
本文将介绍电介质性能测量的一些常用方法与技巧。
一、介电常数的测量方法与技巧介电常数是电介质性能的重要参数之一。
可通过多种方法测量。
其中，频率法是最常用的方法之一。
该方法通过改变测试信号的频率，测量电介质对电磁场的响应，确定介电常数。
测量时应注意以下技巧：1.1 利用阻抗测量方法，在不同的频率下测量电容与电阻值。
根据电容与电阻值的变化规律，可得到电介质的介电常数。
1.2 注意测试环境的稳定性，控制温度和湿度的影响。
温度和湿度的变化会影响电介质的性能，因此应在相对恒定的环境中进行测量。
1.3 使用合适的测量装置，如网络分析仪或LCR仪。
这些仪器能够提供准确的频率和阻抗测量结果。
二、介质损耗角正切的测量方法与技巧介质损耗角正切是衡量电介质功率损耗的重要指标。
常用的测量方法有如下几种：2.1 电桥法是一种常见的测量方法。
通过比较正弦波电桥的平衡与不平衡情况，可得到介质的耗散功率和相位差。
在实验中应注意调节电桥平衡，保持稳定的测量信号。
2.2 利用微小信号测量法，测量介电损耗角正切。
通过施加微小幅度的正弦信号，测量被测介质的电流响应，进而得到介质的损耗角正切。
在实验过程中应关注信号的幅度和频率选择，以避免测量误差。
2.3 进行频率扫描测量。
通过改变信号频率，观察介质损耗角正切与频率的关系，以确定其频率响应特性。
三、电介质的击穿强度测量方法与技巧击穿强度是电介质耐电能力的重要指标。
以下是常用的测量方法和技巧：3.1 空气间隙法是一种常见的测量方法。
通过在两个金属电极之间形成空气间隙，施加逐渐增加的电压，测量电介质的击穿电压。
在实验中应避免电极和电介质的不均匀性，以确保测量的准确性。
3.2 液体浸入法也是一种常用的方法。
这种方法适用于液体介质的击穿强度测量。
实验时应注意液体介质的温度、纯度和浸润性对测量结果的影响。
电介质材料的介电常数及损耗角正切测试
电介质材料的介电常数及损耗角正切测试介电常数和损耗角正切是描述电介质材料特性的重要参数，在电子工程和材料科学领域具有重要的应用价值。
本文将介绍电介质材料的介电常数和损耗角正切的测试方法和意义。
一、什么是电介质材料的介电常数？电介质材料的介电常数是描述材料对电场的响应能力的物理量，它反映了电介质材料内部存在的电偶极矩的强弱程度。
电偶极矩是电介质材料中正负电荷之间的分离产生的电荷生成的电场，介电常数越大，表示电介质材料对电场的响应能力越强。
二、电介质材料的介电常数测试方法1. 平板电容法平板电容法是一种常用的测量电介质材料介电常数的方法。
这种方法主要通过在电介质材料上施加电压，然后测量材料上产生的电容值，从而计算出介电常数。
2. 微波共振法微波共振法是用于测量电介质材料的介电常数的另一种常用方法。
该方法利用微波的特性，在不同频率下测量材料的反射和透射系数，从而得到材料的介电常数。
三、电介质材料的损耗角正切损耗角正切是描述电介质材料中电能转化为热损耗的能力的物理量。
损耗角正切越大，表示材料对电能的损耗越大。
电介质材料的损耗角正切与介电常数密切相关，通常情况下，介电常数与损耗角正切成反比。
四、电介质材料的损耗角正切测试方法1. 谐振法谐振法是一种测量电介质材料损耗角正切的方法。
该方法通过在材料上施加一定频率和振幅的交流电压，然后测量电压和电流的相位差，通过计算相位差的正切值得到损耗角正切。
2. 微波漏耗法微波漏耗法是另一种测试电介质材料损耗角正切的方法。
该方法通过在微波频率下测量材料的功率损耗，在已知电场强度下计算损耗角正切。
五、电介质材料的介电常数和损耗角正切的意义电介质材料的介电常数和损耗角正切是评价材料电性能的重要指标，对电子器件和电力设备的设计和性能分析具有重要的意义。
介电常数的大小直接影响电容器的容量和电压的分配。
在电子器件中，合适的介电常数可以减小电容器体积，提高装置的性能和可靠性。
损耗角正切是评估材料对电能损耗的能力，它与电介质材料的内部结构和分子极性密切相关。
电介质材料的介电性能测试
电介质材料的介电性能测试电介质材料在电子器件和电力系统中具有重要的应用，其介电性能是评价材料质量和可靠性的重要指标。
介电性能测试是通过一系列测试方法和仪器来评估电介质材料在电场作用下的性能，包括介电常数、介质损耗、绝缘电阻等参数。
本文将简要介绍电介质材料的介电性能测试方法及其应用。
一、介电性能测试方法1. 介电常数测试介电常数是描述电介质材料在电场作用下储存和传输电能能力的重要参数。
常用的测试方法有：（1）并行板法：该方法通过测量电容器的电容值来计算电介质材料的介电常数。
具体步骤是将待测介质固定在两块平行金属板之间，然后测量电容器的电容值。
（2）回波法：该方法基于微波信号在电介质中传播的速度，通过测量信号的传输时间来计算介电常数。
测试时需要利用衰减器和定频放大器等设备，以确保测试结果的准确性。
2. 介质损耗测试介质损耗是指电介质材料在电场作用下吸收和转化电能为热能的能力。
常用的测试方法有：（1）三角法：该方法通过测量电介质材料在高频电场下的导体损耗和介质损耗之比来计算介质损耗的值。
具体步骤是将待测介质固定在电容器之间, 通过改变电容器的频率来测量两种损耗的值。
（2）传输线法：该方法利用特制的传输线测量电介质材料在特定频率下的损耗。
测试时需使用网络分析仪等仪器，通过测量信号的功率损耗来计算介质损耗的值。
3. 绝缘电阻测试绝缘电阻是指电介质材料在电场作用下抵抗漏电流流动的能力。
常用的测试方法有：（1）绝缘电阻表法：该方法通过将待测电介质样品与电极相连，用绝缘电阻表测量电介质材料的绝缘电阻值。
测试需在规定的电压和温度条件下进行。
（2）恒压法：该方法通过给待测电介质样品施加较高的电压来测量绝缘电阻值。
测试时需使用电压源和电流表等设备，以实现电介质样品上常态电流的测量。
二、介电性能测试的应用1. 电子器件领域介电性能测试在电子器件领域中具有重要应用。
例如，在电容器的制造过程中，通过测试介质材料的介电常数和介质损耗，可以评估电容器的质量和性能稳定性。
介电常数和介电损耗测量 2
介电常数和介电损耗测量一．背景介电特性是电介质材料极其重要的性质。
在实际应用中，电介质材料的介电系数和介质损耗是非常重要的参数。
例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大，而介质损耗尽量小。
相反地，制造仪表绝缘器件的材料则要求介电系数和介质损耗都尽量小。
而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。
所以，通过测定介电常数及介质损耗角正切(tg)，可进一步了解影响介质损耗和介电常数的各种因素，为提高材料的性能提供依据。
按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。
当固体电介质置于电场中后会显示出一定的极性，这个过程称为极化。
对不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。
在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电常数。
此外，由于介电常数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式。
所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究，还可以推断绝缘材料的分子结构。
二．基本原理电子材料与元件的电学性能参数的测量是一项基本而重要的工作。
这些电学参数包括不同频率、不同温度下的电阻、电容、阻抗、介电常数、损耗角正切值等特性测量。
全面而准确地掌握这些特性，对分析、改进电子材料与元件的性能十分重要。
数字式LCR 测量仪（数字电桥）是随着数字测量技术发展而出现的新型智能化材料和元件参数测量仪器，具有使用简便、效率高、测量精度高等优点，在电子材料与元件特性参数测量和研究中获得了极其广泛的应用。
数字式LCR 测量仪以微处理器为核心、通过采集给定激励下被测样品和标准元件的电压、电流信号并按照—定的数学模型进行被测样品的参数计算。
数字式LCR 测量仪测量原理以阻抗参数的数字化测量为基础，典型测量方法为矢量电流—电压法。
测量电路原理如图1 所示，其中R s 为标准电阻值，Z x 为待测样品的阻抗。
图 1 测量电路原理图2 数字式LCR 测量仪原理框图阻抗参数的测量可首先转化为电压测量及电压分量的计算，最终可得到复阻抗的电阻参数和电抗参数，并可间接计算其他参数，如损耗参数、不同等效模式下的阻抗参数等。
固体绝缘材料 介电和电阻特性 介电特性(AC方法)相对介电常数和介质损耗因数-最新国标
目次1范围 (1)2规范性引用文件 (1)3术语和定义 (1)4试验方法 (2)5试验程序...........................................................................96 报告 . (9)图2 等效电路图 ....................................................................... 4 图3 带有试样和引线设备的等效并联电路 ................................................. 5 图4 两电极系统中存在的剩余阻抗和杂散电容 ............................................. 7 图A.1 串联电路补偿方法 .............................................................. 11 图B.1 带屏蔽环的并联电极装置 ........................................................ 12 图C.1 并联T 网络的主电路图 .......................................................... 13 图C.2 并联T 网络的实际电路图 ........................................................ 13 图C.3 谐振法原理和电路图 ............................................................ 15 图C.4 自动平衡电路 .................................................................. 16 图D.1 非接触电极方法 ................................................................ 7重复性和再现性.. (10)附录A （资料性）串联电路补偿方法 (11)附录B （资料性）带屏蔽环的平行电极 (12)附录C （资料性）仪器 (13)附录D （资料性）空气中微米控制平行电极的非接触电极法 (17)17表1 使用仪器的频率范围 (8)固体绝缘材料介电和电阻特性第8部分：介电特性（AC方法）相对介电常数和介质损耗因数（频率1 MHz～300 MHz）1 范围本文件描述了1 MHz至300 MHz频率范围内测定固体绝缘材料介电常数和损耗因数特性的试验方法（AC方法）。
测量介电常数和介质损耗的简单方法
ｌ 季 ｌ ： Ｄ Ｄ
图 １中在界 面 Ａ～Ａ 和 Ｂ—Ｂ上 的散 射系数 为 ：
（ ） ５ ）
图 １ 示是 填 充有 长 度为 ｚ 所 的介 质 的一 段矩 形 波 导 ， 虑界 面 Ａ—Ａ 和 Ｂ—Ｂ之 问 的多重 反射 ， 求 得 考 可
１ 测 量 的基 本 原 理
假设 矩形波 导截 面 尺 寸 为 ａ×ｂ ａ是 宽 边 尺 寸 。 ， 对 他 波 的传播 常数 为 ： ０
２０ ０ ８年
第２ ２卷
第 ５期
刘 益 成 ： 量 介 电 常 数 和 介 质 损耗 的 简 单 方 法 测
ｓｌ ｌ＝ Ｓ ｌ ｐ （ ｐ ｌ） ｌ ｘ 一２ ０ １ ｅ
（） ８
（） ９
￡：ｅ 一ｊ ｅ ＝（ ．９ ３ ｊ ．０ ３ ０ １ １０ ５５ ６５一 ０ ０ ４２ ３８ ６８ ）
材料 的介 电常数 和介质 损耗 的简单 方法 。在这 种方法
中将长 度 为 Ｚ 的被 测材料 插 入具 有相 同截面 的矩 形 波
√（ 一 商蕤忐√㈡ ・ ） 两 ） 一 ・ 去
这里 ＝ ＝一 信 号 在 自由空 间的 波长 。在 空 ＿是
气 和介质 交界 面 的反 射系 数 Ｐ为 ：
＝
０ １（ ， 率 ｆ＝１ （ Ｈ ） 使 用 方程 （ ） （ ３ ， ． ｍ） 频 ０Ｇ ｚ ， １到 １）
２ 利 用 最 小 平 方 法 从 矩 阵 求 介 电 常 数
测 材料 的矩 形 波 导 管 的散 射 参 量 ｓ矩 阵 ， 后 利 用 最 小二 乘 法 计 算 出材 料 的 介 电 常数 和 介 质损 耗 。文 章 介 绍 了测 量 原 然 理 ， 对 一 种 介 电常 数 和 介 质 损 耗 已知 的 玻 璃 纤 维材 料 用 ＭＡ Ｌ Ｂ进 行 了正 演和 反 演 计 算 ， 得 了很 好 的 结 果 。 并 ＴＡ 获
介电常数和介质损耗因数的测试标准
介电常数和介质损耗因数的测试标准介电常数和介质损耗因数的测试标准因不同的应用和行业而异，但一般来说，这些标准都基于以下几点：1. 测试仪器：应符合相关国家标准和行业标准，具备精度高、稳定性好、可靠性强的特点。
测试仪器的量程、分辨率和精度应满足被测介质的介电常数范围和精度要求。
测试仪器应定期进行校准和维护，确保测试结果的准确性和可靠性。
2. 测试环境：应满足相关标准和样品特性的要求，保持温度、湿度和电磁干扰等环境因素稳定。
测试环境的温度和湿度应进行实时监测和记录，以确保测试结果的准确性和可靠性。
测试环境中应避免电磁干扰和辐射干扰，确保测试结果的稳定性。
3. 变压器电压等级与介质损耗因数：对于变压器，如果电压等级≥35KV且容量≥10000kVA，应测量介质损耗因素（tanδ）。
被测绕组的tanδ应≤出厂试验值的130%。
当tanδ>130%时，应结合其他试验结果分析判断。
如果现场测量温度与出厂试验温度不符合，应换算到同一温度比较。
变压器本体电容量与出厂值的允许偏差为±3%。
4. 电容型套管：对于电容型套管，其末屏对地tanδ应≤2%，电容值与出厂值或上一次试验的差别超过±5%时，应查明原因。
绕组tanδ与历年数值的比较不应该有显著变化（一般不大于30%）。
5. 异频介质损耗测试：此方法主要用于分析被测品的介质损耗值tanδ、电容容量Cx、功率因素PF、测试电流Ix、容性设备的有功功率Pr以及测试电压HV和频率f等参数。
请注意，以上只是一些常见的测试标准，具体的标准可能会根据应用和行业而有所不同。
因此，在进行介电常数和介质损耗因数的测试时，建议参考相关的国家和行业标准，以及具体的产品技术规格书。
高频介电常数及介质损耗测试仪使用方法
高频介电常数及介质损耗测试仪使用方法【1. 引言】1.1 概述本文旨在介绍高频介电常数及介质损耗测试仪的使用方法。
高频介电常数和介质损耗是材料研究、电子工程以及通信领域中重要的物性参数，对于材料的设计和性能评估具有重要意义。
通过高频介电常数和介质损耗测试仪，可以快速而准确地获得材料在高频范围内的介电性能。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，内容如下：- 第一部分为引言部分，概括了文章的目的和结构。
- 第二部分为高频介电常数及介质损耗测试仪概述，简要介绍了高频介电常数和介质损耗的概念，并对测试仪器进行了概述。
- 第三部分详细阐述了高频介电常数测试方法，包括仪器准备与设置、样品制备与加载以及测试步骤与参数选择。
- 第四部分探讨了介质损耗测试方法，包括测试原理与背景知识、实验操作步骤以及数据处理与分析。
- 最后一部分为结论部分，总结主要发现与结果，并对未来的研究方向进行展望。
1.3 目的本文的目的是介绍高频介电常数及介质损耗测试仪的使用方法，为读者提供准确和详细的操作指南以及理论知识基础。
通过阅读本文，读者将能够了解到高频介电常数和介质损耗的含义、测试仪器的概述以及具体的测试方法。
这将有助于读者在相关领域中开展相关研究工作，提升材料设计和性能评估的水平。
2. 高频介电常数及介质损耗测试仪概述2.1 高频介电常数高频介电常数是衡量物质对高频电磁波响应的性能之一，也称为相对介电常数或复介电常数。
它是指当物质处于交变电场中时，相对于真空而言，它在阻挡该交变电场传播的程度。
高频介电常数通常使用复数表示，由实部和虚部组成。
实部代表了物质对电场的抵抗能力，而虚部则代表了能量散失或吸收。
高频介电常数的测量对于许多领域都具有重要的意义，如无线通信、材料科学和生物医学等。
它可以帮助我们了解材料在高频情况下的行为，并提供设计和优化相关设备和应用所需的基础数据。
2.2 介质损耗测试仪介质损耗测试仪是一种用来测量材料高频范围内介电性能的仪器设备。
电介质介电常数的测量
【数据记录及处理】
2、用回归计算法测定空气的介电常数和分布电容
D/mm 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900
C/pF
用最小二乘法《物理实验》P30、P31进行线性回归：令 x = 1/D， y = C ，求下表中各参数。 相关系数检验：查表1.5-3(取a=0.01)对计算结果 r 进行检验并给出 检验结论。
【实验原理】
3、频率法测量液体电介质介电常数
f 1
2 LC
1 k2
CC0C分42L2ff2
电极在空气中测量
C02C01
kf0222
k2 f021
电极在介质中测量 k2 k2
εr(C02C01) f22 f12
液体电介质介电常数
εr
1 1
f22 1 f0221
f12 f021
【仪器和用具】
1、固体测量电极
【仪器和用具】
6、游标卡尺
游标卡尺是用来精确测量物体长度的计量器具，可测量一般物体的长度、圆形 物体的外径、内径、容器或孔的深度。测量圆片的直径时，按图中的方位，先移动 副尺使卡口增大，放入被测物体，移动副尺使卡口卡住被测物体（用力适当），读 数时先确定副尺零刻度所对主尺的读数，再确定与主尺对齐的副尺刻度，副尺刻度 每一小格是0.02mm，副尺属于游标刻度，所以不能估读，将主尺和副尺的值相加即 为最终测量值。游标卡尺使用前应进行零位校准，即将副尺推到底，使两卡口接触， 记录主副尺刻度，该读数作为测量值的零位修正值。
测量完毕后取出电极，并在容器上方轻轻抖动， 让极板间的液体充分回落到容器中，再将液体通 过漏斗回收至原来的瓶中。电极放在容器外让其 残余液体自行挥发，待下一组同学使用。
电气设备介质损耗的测量方法
图1：正接法原理图
图中：U：高压输出；C x、R x：试品；R3：可调电阻；G：检流计
R4：固定电阻；Cn：标准电容（50±1PF）；C4：可调电容；R：保护电阻
图2：正接法测介质损耗因数接线图
图3：反接法原理图
（图中符号同图1）
图4：反接法测量绝缘介质损耗因数接线图
六注意事项
1.一定要使电桥测量部分可靠接地。
2.特别注意：正接法测量时，标准电容器高压电极、试品高压端和升压变压器高压电极都带危险电压！各端之间连线都要架空，试验人员远离！在接近测量系统、接线、拆线和对测量单元电源充电前，应确保所有测量电源已被切断！还请注意低压电源的安全。
介电常数和介电损耗测量 2
介电常数和介电损耗测量一．背景介电特性是电介质材料极其重要的性质。
在实际应用中，电介质材料的介电系数和介质损耗是非常重要的参数。
例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大，而介质损耗尽量小。
相反地，制造仪表绝缘器件的材料则要求介电系数和介质损耗都尽量小。
而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。
所以，通过测定介电常数及介质损耗角正切(tg)，可进一步了解影响介质损耗和介电常数的各种因素，为提高材料的性能提供依据。
按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。
当固体电介质置于电场中后会显示出一定的极性，这个过程称为极化。
对不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。
在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电常数。
此外，由于介电常数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式。
所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究，还可以推断绝缘材料的分子结构。
二．基本原理电子材料与元件的电学性能参数的测量是一项基本而重要的工作。
这些电学参数包括不同频率、不同温度下的电阻、电容、阻抗、介电常数、损耗角正切值等特性测量。
全面而准确地掌握这些特性，对分析、改进电子材料与元件的性能十分重要。
数字式LCR 测量仪（数字电桥）是随着数字测量技术发展而出现的新型智能化材料和元件参数测量仪器，具有使用简便、效率高、测量精度高等优点，在电子材料与元件特性参数测量和研究中获得了极其广泛的应用。
数字式LCR 测量仪以微处理器为核心、通过采集给定激励下被测样品和标准元件的电压、电流信号并按照—定的数学模型进行被测样品的参数计算。
数字式LCR 测量仪测量原理以阻抗参数的数字化测量为基础，典型测量方法为矢量电流—电压法。
测量电路原理如图1 所示，其中R s 为标准电阻值，Z x 为待测样品的阻抗。
图 1 测量电路原理图2 数字式LCR 测量仪原理框图阻抗参数的测量可首先转化为电压测量及电压分量的计算，最终可得到复阻抗的电阻参数和电抗参数，并可间接计算其他参数，如损耗参数、不同等效模式下的阻抗参数等。
传输反射法测量固体复介质材料介电常数
国内统一刊号CN31-1424／TB0 引言随着电子元器件向微型化、集成化、高频化方向发展，越来越多的介质材料需要用复介电常数、复磁导率、复损耗角正切等微波特性参数来表征其性能。
微波工程中最常用的介质材料有聚四氟乙烯、云母、玻璃、塑料以及各种金属氧化物，介质材料已被广泛运用在微波电路、介质基片、同轴线中的绝缘支撑结构、介质天线中。
介质材料在微波器件、隐身技术、电磁测量、遥感测量、医疗卫生等领域发挥着越来越重要的作用，并已成为国内高端计量机构研究的热点之一。
随着微波技术、隐身技术的发展，介质材料的复介电常数、复磁导率、复损耗角正切参数的准确与否，直接影响到微波器件性能和电磁参数分析的准确程度。
因此，近年来介质材料的介电谱和磁谱越来越受到业内关注。
介质材料在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中被明确列为“新一代信息功能材料及器件”优先主题以及被列入基础研究领域中重点研究的新材料结构、性能表征新原理。
随着5G 技术的应用，介质材料的复介电常数性能成为表征高频高速材料微波特性的重要参数之一。
1 国内外同类研究现状分析国内外研究机构在固体介质材料的复介电常数的测量方法有传输/反射法、谐振腔法、自由空间法、平行电极法、拱形法等。
其中，传输/反射传输/反射法测量固体复介质材料介电常数蔡青1 赵锐2 陈超婵1 / 1.上海市计量测试技术研究院；2.中电科仪器仪表有限公司摘 要 介绍/传输反射法测量固体介质材料复介电常数等关键技术难点，通过建立固体介质材料的介电谱和磁谱测量装置，开展复介电常数、复磁导率、复损耗角正切测量技术研究，在30 M Hz ~ 18 GHz 采用空气线同轴传输的方法、在18 ~ 50 GHz 采用三段波导传输的方法，实现了30 M Hz ~ 50 GHz 全频段固体介质材料电磁参数的测试能力，提出了复介电常数、复磁导率、复损耗角正切测量的数学模型，编制了材料测试软件，实现了同轴和波导的全频段测量。
固体液体电介质相对介电常数的测定
实验4.11固体液体电介质相对介电常数的测定 实验简介 实验目的 实验原理 实验仪器
实验内容 注意事项 数据处理
实验目的
1.掌握固体、液体电介质相对介电常数的测量原理和方法 。
2.学会减小系统误差的实验方法 。
实验原理
一、用电桥法测量固体电介质相对介电常数
测微器
一组平行板电极组成的电容器
【预习思考题】
（1）交流电桥是由哪些元件和仪器构成? （2）交流电桥是怎样测出待测电容的电容 量的?
制作：黄 勇
武汉理工大学物理实验中心
1 f , 2 LC 即 1 C 4 2 Lf
2
k2 2 f
其中
k2
4 2 L 1
f 22 f12 r 2 2 f 02 f 01
只要测出四种情况对应的振荡频率f01、f02、f1、f2
实验仪器
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固体绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波长在内）下相对介电常数和介质损耗因数的试验方法本标准等效采用国际标准 IEC 250（1969）《测量电气绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波长在内）下相对介电常数和介质损耗因数的推荐方法》，只是去掉其中液体试样及其试验部分。
1主题内容与适用范围本标准规定了固体绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波长在内）下相对介电常数和介质损耗因数的试验方法。
本标准适用于 15 HZ～300 MHZ频率范围内测量固体绝缘材料的相对介电常数、介质损耗因数，并由此计算某些数值，如损耗指数。
测量所得的数值与一些物理条件，例如频率、温度、湿度有关，在特殊情况下也与场强有关。
2定义2.1相对介电常数绝缘材料的相对介电常数。
r是电极间及其周围的空间全部充以绝缘材料时，其电容 Cx与同样构型的真空电容器的电容C0之比：Er=CX／C0………………………………………（ 1）在标准大气压下，不含二氧化碳的干燥空气的相对介电常数等于 1． 000 53。
因此，用这种电极构型在空气中的电容C。
来代替C。
测量相对介电常数时，有足够的精确度。
在一个给定的测量系统中，绝缘材料的介电常数是该系统中绝缘材料的相对介电常数。
与真空介电常数的乘积。
真空介电常数：E0=8.854×10-12F/m≈1×10-9F/36πm………………………（ 2）在本标准中用PF／cm来计算，真空介电常数为：E0=0.08854pF/cm2. 2介质损耗角 6绝缘材料的介质损耗角a，是由该绝缘材料作为介质的电容器上所施加的电压与流过该电容器的电流之间的相位差的余角。
2．3介质损耗因数tanδ绝缘材料的介质损耗因数是介质损耗角E的正切tanE。
2.4损耗指数E n绝缘材料的损耗指数E n，等于该材料的介质损耗因数不清tanE与相对介质常数e的乘积。
2.5相对复介电常数E绝缘材料的相对复介电常数是由相对介电常数和损耗指数结俣而得出的。
Er=Er-JErEr=Er式中：Er是2.1条中所定义的相对介电常数。
E=Etane有介质损耗的电容量，在任何经定的频率下既可用电容Cs和电阻Rs的串联回路来表示：也能用电容Cp和电阻Rp（或电导Gp）的并联回路来表示：虽然一个有介质损耗的绝缘材料通常用并联回路来表示，但在单一频率下有时也需要用电容Cs和电阻Rs的串联回路来表示。
串联元件与并联元件之间有下列关系：Cp=Cs（1+tan2e)不管采用串联表示法还是并联表示法，其介质损耗因数tane是相等的。
注：本标准中的计算和测量是根据正弦波形电流（w=2πf）作出的。
3影响介电性能的因素3.1频率只有少数材料，如聚苯乙烯，聚丙烯、聚四氟乙烯等，在很宽的频率范围内相对介电常数和介质损耗因数是基本恒定的，因而一般的绝缘材料必须在它所使用的频率下测量介质损耗因数和相对介电常数。
相对介电常数和介质损耗因数的变化是由于介质极化和电导而引起的，极性分子的偶极极化和材料不均匀性导致的界面极化是弓愧上述变化的主要原因。
3．2温度损耗指数在某一频率下可以出现最大值，这个频率值与绝缘材料的温度有关。
介质损耗因数和相对介电常数的温度系数可以是正的也可以是负的，这由测量温度下的损耗因数与其最大值的相对位置来决定。
3．3湿度极化的程度随水分的吸收量或绝缘材料表面水膜的形成而增加，其结果使相对分电常数、介质损耗因数和直流电导率增大。
3．4电场强度存在界面极化时，自由离子的数目随电场强度的增加而增加，其损耗指数最大值的大小和位置也随此而变。
在较高的频率下，只要绝缘材料不出现局部放电，相对介电常数和介质损耗因数与电场强度无关。
4试样和电极4.1试样的几何形状测定材料的相对介电常数和介质损耗因数，最好采用片状试样，也可以采用管状试样。
在测定。
r 值时，最大的误差来自试样尺寸的误差，尤其是厚度的误差。
对于1％的精度来说，1．5 mm 的厚度就足够了；对于更高的精度要求，则试样应更厚些。
测定tan6时，导线的串联电阻与试样电容的乘积应尽可能小，同时，又要求试样电容在总电容中的比值尽可能大。
因而，折衷的方案是试样具有几十皮法的电容。
测量回路与试样并联的电容应小于5 pF 。
试样的大小应适合所采用的电极系统。
4．2电极系统 42．1接触式电极用4．3条所列电极材料之一加到试样上。
电极型式有三电极系统和两电极系统两种。
使用两电极系统且使上下两个电极对准有困难时，则下电极应比上电极稍大些，金属电极应稍小或等于试样上的电极。
板状和管状试样使用不同电极时的电容计算公式以及边缘电容近似计算经验公式列于表1，这些公式仅适用于规定的几种试样形状。
高频下测量时，为了避免接线电阻、分布电容的影响，推荐使用测微计电极。
4．2．2不接触电极表面电导率很低的试样可以不用电极材料而将它插入电极系统，在这种电极系统中，试样的一侧或 两侧有一个充满空气或液体的间隙，该间隙可以是固定的，也可以是可调的。
用平板电极和圆柱形电极装置进行测量时，其计算公式由表2和表3给出。
表1真空电容的计算和边缘电容的修正试样电容说明Cp-试样的并联等值电容△C -取去试样后，为恢复平衡，标准电容器的电容增量1.并联一个标准电容器来替代试样电容 Cp=△C+C 0r试样直径至少比测微计电极的直径小2r在计算相对介电常数时，必须采用试样的真实厚度h和面积A Cr-在距离为r时，测量计电极的校正电容Cs-取去试样后，恢复平衡，电极距离为S时测微计电极的校正电容C0r、C0h-测微计电极间面积为所插入的试样的面积、距离分别为r或h时的空气电容，可用表1的式（1）来计算r-试样与附加电极的厚度h-试样厚度相对介电常数：Er=Cp/C0h2.取去试样后减少测微计电极间的距离来替代试样电容Cp=Cs-Cr+C0r 试样直径至少比测微计电极的直径小2r在计算相对介电常数时，必须采用试样的真实厚度h和面积A3.并联一个标准电容器来替代试样电容，当试样与电极的址径相同时，只有一个微小的误差（因电极边缘电场畸变引起0.2%-0.5%的误差），因而可以避免空气电容的两次计算Cp=Cs-Cr+C0r 试样直径等于测微计电极直径，施加于试样上的电极厚度为零表3相对介电常数和介质损耗因数的计算一不接触电极推荐使用下列两种型式的电极装置4.2.2.1空气填充测微计电极当试样插入和不插入电极时。
电容都能调节到同一个值，不需作系统的电气校正就能测量相对介电常数（见图书1）。
4．2．2．2流体排出法固定式电极在相对介电常数近似等于试样的相对介电常数、而介质损耗因数可以忽略的一种液体内进行测量。
这种测量与试样厚度测量的精度关系不大。
当相继采用两种流体时，试样厚度和电极系统的尺寸可以从计算公式中消去。
试样为试验池电极直径相同的圆形，在测微计电极中，为了消除边缘效应，试样直径约比测微计电极直径小两倍试样厚度。
42．3边缘效应为避免边缘效应引起相对介电常数的测量误差，电极系统应加进一个保护电极，保护电极的宽度至少为试样厚度的两倍。
保护电极和测量电极间的间隙应小于试样厚度。
使用两电极系统时，应对边缘电容按表1列出的近似计算公式进行修正（这些公式是经验公式，只适用于几种规定的试样形状）。
此外，边缘电容也可以用有保护环和无保护环测量的结果进行比较获得。
用这个边缘电容来修正另一频率和温度下的电容时，其精确度可以满足要求。
4．3电极材料电极材料是用于改善金属块电极与试样的接触而施加于试样表面的导电材料。
43．1金属箔电极金属箔可以为厚度在100卜m以下的纯箔、铅箔及厚度在10卜m以下的退火铝箔，也可以使用金箔。
在较高温度下不宜使用铝箔，因为铝箔在较高温度下易生成电绝缘的氧化膜而影响测量结果。
用少量纯净的硅油或其他低耗粘合剂将金属箔贴到试样上。
4.3.2烧熔金属电极1烧熔金属电极一般用银，但在高温和高温下最好采用金。
烧熔金属电极适用于能耐高温的材料，如玻璃、陶瓷、云母等。
4.3.3真空镀膜和金属喷镀电极真空镀膜电极是在真空下将银或铝或其他金属喷镀到试样表面形成的电极。
金属喷镀电极是低熔点的金属喷镀到试样表面形成的电极；在制作电极时，真空和喷镀温度对材料性能应不产生永久性的损害。
这些电极是多孔的，因此可以在加上电极后进行预处理和条件处理。
喷镀金属电极特别适合于潮湿条43．4导电液体电极把试样夹在两块相互配合好的凹模之间，凹模中充满导电液体，该导电液体必须是纯净的。
导电液体可为汞，但应谨慎使用汞，因为汞易蒸发出有剧毒的气体，尤其在高温下。
43．5导电漆高电导率的银漆，除在试样上经气干或低温烘干后即成电极，该电极具有与4．3．3条相似的优点。
漆中的溶剂对试样应没有持久的影响，在极高的频率下不能使用导电银漆。
4．3．6导电橡皮用体积电阻车小于30Ω、邵氏硬度为40～60（A表）的橡皮作为电极材料，把试样放入两块橡皮电极之间，加上0．01 MPa左右的压力。
导电橡皮只适合于工频及以下频率的测量。
44电极的选择4.4.1板状试样电极的选择必须考虑以下几点：a接触式电极砸们靠、计算简便。
工频下的测量主要选用接触式电极，缺点是各种电极材料对测试结果都有影响；b、不接触电极：可避免由于试样和电极接触不良带来的误差，因此测量精度较高。
但是空气填充不接触法测量时减样厚度测量误差所引起的相对介电常数的误差比接触式电极的稍大；而采用两种溶伏桃中法测量时，试样厚度测量误差对测试结果没有影响。
相对介电常数在10以上的非多孔性材料最好采用沉积金属电极，且不用保护电极；介电常数在3-10之间的材料最好采用金属箔、汞或沉积金属作电极材料。
若厚度的测量精度较商，则可以用空气填充测微计测理或用流体排出法测量。
4．4．2管状试样对于管状试样，电极系统的选择取决于它的相对介电常数、管壁厚度、试样直径及测量精度要和一般情况下记极采用三电极系统，管内电极为高压电极，可用汞、沉积金属膜、金属箱和配合较好的金属芯轴。
管外为测量电极和在它两端的保护电极，电极可用金属箔或沉积金属。
高相对介电常数的管状试样，可使用两电极系统和与电极等宽度的试样。
大直径的管状试样，可按板状试样考虑。
5测量方法的选择测量绝缘材料的相对介电常数和介质损耗因数的方法可分成两种：零点指示法和回路谐振法5．1零点指示法适用于频率不超过50MHz的测理，通常采用西林电桥、变压器电桥和平行T形网络，可用替代法和直接法测量。
可用替代法和直接法测量5.2回路谐振法用于10kHz-300MHz的测量。
这种方法总是替代法，常用的方法有变电纳法和变Q值法等。
几种典型的测试仪器原理见附录A。
6试验步骤6．1试样试样可按产品规范中的要求或合适的标准方法制备。
厚度测量应精确到士（0．2％＋0.001 mm）以内，测量点应均匀地分布在整个测量面上。