电介质物理实验讲义

电介质物理实验讲义

哈尔滨理工大学

电气与电子工程学院实验中心

实验一固体电介质体积电导率温度特性

电介质具有很小的电导率，电导率大小由载流子浓度、载流子电荷、载流子迁移率决定，即

γ=nqμ

一般来说，在低电场，高温下离子电导占主要部分，特别是在高温下离子电导显著增加，因为离子迁移率与温度有指数规律，所以，高温下电介质电导按指数规律增加。这一规律，对于许多绝缘材料，在很宽的温度范围内被实验所证实。

一、实验目的

1、自己设计测量线路，设计测量电极系统，本实验给出二电极和三电极两种类型

2、掌握绝缘体积电导率的温度变化规律，且能够由实验曲线计算出电介质的电导

活化能

二、实验用仪器

本实验使用的主要仪器是ZC36型高阻计，整套仪器由直流放大器、高压直流电源及电极夹具组成，其简化线路如下图所示。

1、直流高压电源经整流后得到的直流高压，经分压器分为10，100，250，500，1000伏五档，根据被试物选择适当的测试电压，对于薄膜介质，注意不致在测试电压下发生击穿；

2、开关K

1有两个可调位置，

即“放电”和“测量”的两个

位置，K1置于“测量”位置时，

试样与整个线路接通，处于测

量状态，测试完毕后应将K1置

于“放电”位置，将充电电荷

放掉。

3、R0、R1、R2,…等是一组标准电阻，在仪器面板上是用倍率开关K3调节，其中R0是用来调节仪器的“满度”的，调节时K1置于“放电”位置，K3置于“满度”位置(即R0)，若此时指示仪表不偏转到满刻度则调节满度旋钮使其指示满刻度(即调节Rp)，其它标准电阻都是用来改变测量电阻量程的，使用应由小到大依次调节，使之得到准确读数。

其它有关部分在试验方法中加以介绍。

三、测试原理

由高阻计原理接线图可以看出，当在试样上施加直流电压U时，试样中的电流Ix 在标准电阻Rs(R1或R2，…)两端产生电压e g经直流放大器放大后，由微安表A测出输出电流Ip，则

g e p

g e

p

e S R R I g

=+=μ

s

c p s

g x

R S I R e I =

= p

s c x x

I R US I U R ==

式中 Rg 、Rp —分别为放大器和微安表内阻

μ—放大器的电压放大倍数 Sc —放大器的特征参数

由上式可以看出，对于一个固定的放大器，由微安表测出的输出电流，在该表上可以直接做成Ix 及Rx 的刻度。因为Rx,Ix 与U 、Rx 有关，所以Rx 、Ix 数值等于微安表读数乘以倍率及选择电压对应的系数，已知Rx 后，便可根据电极尺寸求得电阻率或电导率。 四、实验原理

以高聚物或无机玻璃为试样，电导率的表达式为

γ = γ0 exp(-U ´/KT)

对上式两端取对数

ln γ = ln γ0 – U ´/KT

上式中温度对γ的影响主要取决于指数项，γ0随温度的变化相对于指数项是很小的，可以近似地看做常数，因此，ln γ与1/T 成线性关系，通过试验，测出不同温度时的γ值，在坐标纸上画出ln γ-1/T 关系，由直线斜率可以求得离子电导的活化能。 五、试验方法

(一)在进行试验之前高阻计各开关的位置

1、极性开关显于“○”位；

2、“放电”—“测试”开关置于“放电”位置；

3、“输入短路”开关置于短路位置；

4、电源开关置于“断”的位置；

5、倍率开关置于最低档1×102

； 6、测试电压置于10伏；

7、将试样放入电极盒内，防止电晕短路。接地端要牢固地接入地线， (二)设备使用步骤：

1、合上电源开关，此时出现蜂鸣声，预热30分钟；

2、将极性开关置于“+”，调节微安表指针准确处于“0”(∞)位

3、将倍率开关置于“满度”位置，短路开关打开，调节满度，调好之后，将短路开关置于短路位置，倍率开关置一个适当位置；

4、选择适当的测试电压，所施电压应不使试品击穿；

5、把“放电”—“测试”开关置于“测试”位置，同时计时，待十秒钟将短路开

关打开，到加电压一分钟读数，

6、读数后将短路开关置于“短路”位置，“放电”—“测试”开关置于“放电”位置，经几分钟后残余电荷放完，方可触及试样，并可进行下一次测试；

7、室温下测一点，每升高10℃测一次，测10点左右，测试完毕将仪器各开关恢复至原始位置。

六、实验结果及讨论

将试验数据计入下表，并作出lnγ～1/T关系图

1、计算出试样离子电导的活化能，与相类似介质的活化能进行比较，说明活化能

对电导率的影响；

2、从lnγ-1/T关系分析一下电导率随温度变化的速度与哪些因素有关，

3、影响试验准确性的因素有哪些，试验中注意什么问题。

实验二气体、液体与固体介质的击穿当施加于电介质的电场强度增大到一定程度时，电介质便由绝缘状态变为导电状态，这一跃变现象称为击穿。电介质的击穿是电介质的基本电性能之一，它决定了电介质在电场作用下，保持绝缘性能的极限能力。气体介质是应用广泛的绝缘材料，气体介质一般都处于不均匀电场中，所以通过试验来研究气体介质的特性是必要的。

电介质的击穿是发生在介质内部的一个复杂过程，同一介质的击穿电压数值分散性较大。通过试验找出在一定条件下的规律性，对于确定在电介质的应用范围以及如何提高其击穿场强是很重要的。

一、试验目的

1、在直流电压作用下，以试验结果验证棒-板电极的极性效应、极间屏障的作用，

及在交流电压作用下，以实验结果验证电场的不均匀程度对击穿场强的影响；

2、了解变压器油击穿电压的试验方法，水分及杂质对击穿电压的影响；

3、浸油与不浸油电缆纸的击穿电压的比较，从实验结果明确电缆纸只能在浸油下应

用的道理。

二、试验设备及线路