第二章 电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
电容型设备介质损耗因数在线检测技术方法
电容型设备介质损耗因数在线检测技术方法现代社会对电力的依赖性极高，安全、可靠、优质地供电是对现代电力系统运行提出的基本要求。
电网事故和大面积停电造成的经济损失无法估量，因此，提高电力设备运行的可靠性是保证电力系统运行的关键。
对于高压电力设备而言，一方面，要求制造商使用优质绝缘材料，改善绝缘结构、改进制造工艺；另一方面，在设备运行中通过必要的检测手段来评估设备绝缘状态、及早且有效地发现绝缘缺陷，将会对减少事故的发生、提高设备的运行具有重要的意义。
介质损耗因数检测电容型设备的绝缘特性重要性及原理电力系统中，高压电容式套管、电容式电流互感器、耦合电容器等设备是由若干个电容器串联而成的，故将它们统称为电容型设备。
介质损耗因数tanδ是反映绝缘介质损耗大小的特征参量，实际经验表明，对于体积较小的电容型设备，测量其整体绝缘介质损耗因数可较灵敏地发现设备中发展性的局部缺陷、设备绝缘受潮和劣化变质等，因而，测量tanδ对于判断电容型设备的绝缘状态十分重要。
电容型设备在交流电压作用下的绝缘特性可以等效为并联电路或串联电路。
在相量图中，为电流电压间的相位角即功率因数角，δ为其余角，称为介质损耗角。
对于无损耗的理想介质，=90°，δ=0；对于有损耗介质，0。
介质损耗角的正切值很好地反映了设备绝缘介质损耗的大小。
流过绝缘介质的电流由两部分组成：有功电流分量IR、无功电流分量IC，通常IC>IR，介质中的有功损耗功率为：（式1）由上式可以看出，介质损耗P与外施电压U的平方成正比，与电源角频率、介质的电容量C成正比，所以在高压、高频及大容量的电气设备介质的损耗也大。
当绝缘介质、外加电压和频率一定时，介质损耗和介质损耗因数tanδ成正比，即可用介质损耗因数tanδ来表征介质损耗的大小。
因此对电容型设备进行在线检测就是要测量电气设备的介质损耗角正切。
影响介质损耗因数在线检测结果的主要因素(一)基准电压的测量误差。
电容与介质损耗角正切的测量(中)
电桥平衡时，流经检 流计的电流为零，有：
I I 1 2
R1 j L1 M Z x U U AC AD 平衡关系式为： U UCB R2 j L2 M Z0 DB
1、电阻比例臂电容电桥
电阻比例臂电容电桥即为西林电桥
高压西林电桥（工作在工频、高压） 低压西林电桥（工作在音频、低压）
高压西林电桥
（1）西林电桥平衡条件
Zx
电桥平衡条件： ZxZ4=Z3Z0 代入电学参数，利用复数相等的条件，得到： 1-ω2C4CxR4Rx=0， 进而 tgδx=1/(ωCxRx)= ωC4R4 Cx=C0R4/(R3(1+tg2δx)) 如果tgδx<0.1, 则Cx≈C0R4/R3 高压西林电桥原理图 Z0
西林电桥的灵敏度取决于电源电压U,提高电源电压，可增加 △iA,从而提高电桥灵敏度。 电桥灵敏度受限于指示器的灵敏度，即指示器的最小分辨能力 ，因此通常采用带放大器的高灵敏度振动式检流计指示。其电 流灵敏度可达10mm/μA,电压灵敏度可达0.1mm/ μV。 通常选择样品的电容≥50pF，因为Cx大， △iA大。 标准电容C0可以适当大些，但太大的话，会适得其反。
消除屏对地的分布电容影响，最简单的 办法是让屏接地。如无法接地，可使屏 对地的分布电容与电源、平衡指示器或 低阻抗桥臂并联，使之分布电容的影响 降低到可忽略不计的程度。
屏蔽的目的：
去除外电场的干扰；
消除电桥与周围物体的耦合以及电桥本身元件间 的耦合；
固定电桥元件的对地分布电容。
保护、接地技术
西林电桥提供了高压下测量的可能性
因为其调节元件R3和C4处于低压桥臂上。
为保证绝对安全，在C、D接点安装放电隙，这样 即使试验中某些意外因素发生，如试样发生击穿 或表面放电时，放电隙可作安全指示，可使C、D 接地，保证安全操作。
电容法测试介电常数
电容法测试介电常数介电常数是描述介质电性质的物理量，它反映了介质在电场中的响应能力。
在工程领域和科学研究中，准确测量介电常数对于研究材料的电性质以及设计电子元器件至关重要。
电容法是一种常用的测量介电常数的方法，本文将探讨电容法测试介电常数的原理、步骤和应用。
一、电容法测试介电常数的原理电容法是通过测量电容器在不同介质中的电容变化来确定介电常数的一种方法。
其基本原理是根据电容器的电容公式C=εA/d，其中C为电容，ε为介电常数，A为电容器的极板面积，d为极板间的距离。
当电容器中充满不同介质时，介质的介电常数ε会影响电容器的电容值。
因此，通过测量电容器在不同介质中的电容变化，可以间接地得到介质的介电常数。
二、电容法测试介电常数的步骤1. 准备工作：选择合适的电容器和介质样品。
电容器通常选择平行板电容器或圆柱电容器，而介质样品可以是固体、液体或气体。
2. 测量电容：将电容器与待测介质连接，通过电容计测量电容器的电容值。
此时，电容器中充满了待测介质。
3. 更换介质：将待测介质更换为其他介质，重复第2步的测量。
可以选择多种不同介质进行测量。
4. 计算介电常数：根据电容公式C=εA/d，利用测得的电容值和已知参数计算介质的介电常数。
三、电容法测试介电常数的应用电容法测试介电常数在科学研究和工程应用中具有广泛的应用价值。
1. 材料研究：通过测量不同材料的介电常数，可以了解材料的电性质，为材料的选取和设计提供依据。
例如，在电子器件设计中，选择具有合适介电常数的材料可以减小电容器的体积和提高性能。
2. 电介质性能评估：介电常数是评估电介质性能的重要指标之一。
通过测试介电常数，可以评估电介质的绝缘性能、能量存储能力等，为电力系统和电子设备的设计和运行提供参考。
3. 电子元器件设计：在电子元器件中，介电常数对于电容器的性能至关重要。
通过电容法测试介电常数，可以选择合适的介质材料，提高电容器的性能和稳定性。
4. 环境监测：某些液体介质的介电常数随温度、湿度等环境因素的变化而变化。
电容器损耗与检测
一、电容器损耗与检测电容器的损耗由介质损耗和金属部分损耗组成。
介质损耗是由介质本身决定，即由介质薄膜的性能——漏导引起的。
当使用频率很低时，电容器的损耗主要由介质损耗决定。
其值随频率上升而成反比下降。
（漏导：任何电介质都不是理想的绝缘体，在电场的作用下，总有一定的电流流过，这种电流很小，称作漏导电流或漏导。
）金属部分损耗，其公式为：tgδ=ωcRs=2πfcRs(R为电容器等效串联电阻)，因而当使用频率很高时，金属部分损耗为主要损耗。
Rs由电容器引出线电阻、极板电阻、极板与引出线之间连接引起的接触电阻总和。
如果连接不好，接触电阻较大，那么电容器在高频情况下的损耗就很大。
使得电容器在高频情况下使用，发热严重，导致损坏。
因而使用频率较高时，必须用高频测试，剔除端面接触不良者。
尽量消除使用时的潜在危险。
而用低频1KHz 就不能很好有效地剔除接触不良者。
况且，CBB类1KHz损耗指标为≤0.0003，数值偏小，有时测试仪表之间的误差可能达到0.0002。
因而，建议对用在使用频率较高的灯上时，至少用10KHz测试，指标≤0.0010，更有把握。
我公司在给上海光达照明公司、深圳垅运（中电）照明公司等生产灯和镇流器的厂家供货，都用10KHz检测，多年来，保证了它们完好无损的使用。
二、电容器耐压与检测薄膜电容器介质的厚度是以其额定电压大小来选取的，即介质厚度决定着额定电压的大小，其相互关系见下表：（此处加表）其工作电压，在频率适宜的情况下，一般应不大于额定电压。
而瞬时承受电压，即耐电压，按国际国内标准最大测试电压为2倍电压，重复进行耐电压试验对电容器有损伤，因而过高的耐电压超过介质薄膜的承受有力，会损伤介质对电容器也是不利的。
经过我们多年的试验，这些潜在的危险，会减少其使用寿命。
因而建议客户给出的电容器耐电压指标应不大于2倍。
而且在这种条件下，电容器厂家为了更好地保证客户使用，还要高于2倍进行内控，但这些余量我们也是靠增加介质厚度来保证的。
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。
液体绝缘材料相对电容率、介质损耗因数和直流电阻率的测量
液体绝缘材料相对电容率、介质损耗因数和直流电阻率的测量1范围本标准规定了在试验温度下液体绝缘材料的介质损耗因数、相对电容率和直流电阻率的测量方法。
本标准主要是对未使用过的液体做参考性试验，但也适用于在运行中的变压器、电缆和其他电工设备中的液体。
然而，本标准只适用于单相液体，当做例行测量时可以采用简化方法和附录c所述的方法。
对于非碳氢化合物绝缘液体，则要求采用其他清洗方法a2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T1409-2006固体绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波波长在内）下电容率和介质损耗因数的推荐方法(IEC 60250；1969，MOD)GB/T 1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法(IEC60093:1980,IDT)GB/T 21216-2007绝缘液体测量电导和电容确定介质损耗因数的试验方法(IEC6162011998，IDT)IEC 60475液体电介质取样方法3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。
3.1（相对）电容率permittirrity(relattve)绝缘材料的相对电容率是一电容器的两电极周围和两电极之间均充满该绝缘材料时所具有的电容量与同样电极结构在真空中的电容量之比。
用该电极在空气中的电容量度。
代替，对于测量相对电容率具有足够的精确3.2介质损耗因数(tan)dielectric dissipation factor (tan)绝缘材料的介质损耗因数(tan)是损耗角的正切．当电容器的介质仅由一种绝缘材料组成时，损耗角是指外施电压与由此引起的电流之间的相位差偏离/2的弧度。
注：实际应用中．tan测得值低于0.005时，tan和功率因数(PF)基本上相同．可用一个简单的换算公式将两者进行换算，功率因数是损耗角的正弦，功率因数和介质损耗因数之间的关系可表达为下式： (1)式中；PF——功率因数；tan3.3直流电阻率（体积）d．c．resistivity (volume)绝缘材料的体积电阻率是在材料内的直流电场强度与稳态电流密度的比值。
电容与介质损耗角正切的测量(下)课件
阻抗分析法
通过测量阻抗的大小和相 位差，利用阻抗三角形来 计算介质损耗角正切值。
谐振法
利用电路谐振时各元件的 电压或电流之比来计算介 质损耗角正切值。
测量中的注意事项
01
确保测量环境干燥、无 尘、无磁场干扰。
02
选用合适的测量仪器和 标准器，确保其准确性 和可靠性。
03
在测量前对样品进行充 分的预处理，如干燥、 清洁等。
题，预防设备故障。
电机故障诊断案例
在工业电机中，通过测量电机的 介质损耗角正切，可以诊断出匝 间短路等故障，及时进行维修，
避免设备损坏和生产中断。
05
电容与介质损耗角正切的测量展望
测量技术的发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术 的不断发展，测量技术将更加 智能化，能够实现自动化、高
精度的测量。
在新能源、核能等领域，测量 技术能够实现高效、准确的能
源监测和评估。
环境监测领域
在气象、环保等领域，测量技 术能够实现精准的环境监测和
数据分析。
生物医学领域
在医疗、生物等领域，测量技 术能够实现高精度的生理参数
监测和疾病诊断。
工业生产领域
在制造业、化工等领域，测量 技术能够实现高效、精准的生 产过程控制和产品质量检测。
电容与介质损耗角正切的测量( 下)课件
• 电容与介质损耗角正切的基本概念 • 电容与介质损耗角正切的测量方法 • 电容与介质损耗角正切的测量实验 • 电容与介质损耗角正切的应用 • 电容与介质损耗角正切的测量展望
01
电容与介质损耗角正切的基本概念
电容的定义与计算
01
电容是表征电容器容纳电荷能力 的物理量，其大小与电容器两极 板间的距离、正对面积以及介质 有关。
电容相对介电常数及损耗因数的测量
• 3、温度
εr: 温度升高会使分子间的束缚力减小，极化 容易形成，因而介电常数增大，但当温 度很高时，物质密度降低，而且分子的 热运动加剧，从而使极化强度降低。
tanδ：温度较低时，在εr变化时出现最大值，而 在温度很高时，由于电导产生的介质损 耗占主要地位，介质损耗就和电导一样 随温度上升而指数式增长。同时温度升 高，极化松弛时间减小， tanδ随 频率变 化的最大值向高频方向移动。
阻容电 桥： 电桥的四个桥臂都是由电阻电容组成的电桥（最常用）。
• 高压桥臂：试品Zx，无损标准电容器Cx
• 低压桥臂：无感电阻R3，R4/C4并联 • 调节R3，C4使电桥平衡
•tan当 xtanδC<1P0R.1P，误C差4R允4 许不CP大 于RR431C%N，1则ta1n2 x
，工频高电压，取
损耗因数tanδ
• 定义：试品在施加电压时所消耗的有功功率 与无功功率的比值，即介质损耗角δ的正切tanδ
• 介质无损耗时，电流与电压相位差为90o • 介质有损耗时，电流于电压相位差为90o-δ
电路分析法计算
tanδ
•并联
串联
tan Pr uIr 1 Pc uIc CP RP
tan
Pr Pc
• 数字式自动平衡电桥
• LR，CR锁相器；ADA模数、数模转换器；
•
不接r试品A，d0选UC择NxRUN，C CN；接试品tan，自动调节U0C， UR00
d UR A RN
1 Ux
• d:试样厚度 A:电极面积 CN:标准电容 Ux:施加于试样上的电压 Uc:记录的信号 • RN:标准电阻 UR:记录的信号 γ0:电流电导率 ε’’：损耗指数
双T电 桥
电容器介质损耗因数试验
电容器介质损耗因数试验电容器介质损耗因数和电容器绝缘介质的种类、厚度、浸渍剂的特性以及制造工艺有关。
电容器tanδ的测量能灵敏地反映电容器绝缘介质受潮、击穿等绝缘缺陷，对制造过程中真空处理和剩余压力、引线端子焊接不良、有毛刺、铝箔或膜纸不平整等工艺的问题也有较灵敏的反应，所以说电容器介质损耗因数是电容器绝缘优劣的重要指标。
耦合电容器介质损耗因数测试方法：（1）采用正接线测量时，先将被试电容器对地放电并接地，拆除被试电容器对外所有一次连接线，电容器法兰接地，打开小套管接地线并与Cx端相连接，高压引线接至电容器高压电极，取下接地线，检查接线无误后，通知 其他人员远离被试品并监护。
合上试验电源，从零开始升压至测试电压进行测试，测试电压为10KV。
测试完毕后先将电压降到零，然后读取测量数据，切断电源，对被试品进行放电并接地，拆除测试引线。
特别注意小套管接地引线的恢复。
（2）采用反接线测量时，电桥Cx端接电容器高压电极，低压电极接地。
测量下节耦合电容器时下法兰和小套管接地，采用反接线测量时，桥体接地应直接与被试品接地点直接连接，测试电压为10KV。
断路器电容器介质损耗因数测试方法：（1）交接时断口电容器的tanδ应在安装前测试，主要是避免断路器灭弧室的影响。
测试前先将被试电容器对地放电并接地，高压引线接至断路器电容器一端电极，电容器另一端接电桥Cx端。
取下接地线，检查接线无误后，通知其他人员远离被试电容器。
合上试验电源，从零开始升压至测试电压进行测试，测试电压为10KV。
测试完毕后将电压降至零后读取测量数据，然后切断电源，对被试品进行放电并接地。
（2）预防性试验时，如果测试数据偏大，可将电容器拆下进行测试。
电容与介质损耗角正切的测量(下)
AE、EC、AF、 FC间的杂散电容 对电容测量无影响， 对损耗角的影响可 以估计出来。
E，F分布电容采用 替代法可以减弱
B，D接地，不存在 对地分布电容
2.双T电桥用于高频测试且能获得高精度的原因：
(2).结构上可以作得很对称，可以抵消一些影响。
(3).仪器结构紧凑，连接导线短，接头采用 同轴型连接器等，使这种电桥不需要特殊 屏蔽措施。
Q表法
将高频信号源、指示部分、测量回路、电源部分 做到一起，就形成了Q表。
Q表的用途
Q表可以用来测量高频电感或谐振回路的Q值、电 感器的电感量及其分布电容量、电容器的电容量 及其损耗角、电工材料的高频介质损耗、高频回 路的有效并联电阻及串联电阻、传输线特性阻抗 等。 Q表虽然型号不少。但是它们除频率范围、测量 范围、测量精度等不完全一样外，基本使用方法 是相同的。
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第二章 电容与介质损耗角正切的测量
低频下 高频下
极低频下 超高频下
相对介电系数和介质损角正切的测量
电容器高频参数及频率特性的测量
高频下相对介电系数和介质损耗角 正切的测量
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高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量
电阻臂电 感、电容 频率增 高 桥臂间杂 散电容 影响严重
普通电 桥测试 误差加 大甚至 不能测 试
Q表法
（2）变Q值法的测量原理 刻度成倍率 UC
线路的品质因数Q定义为： Q=UC/E0 Q的倒数定义为线路的损耗因数tgδ ： 回路电流 I0=E0/(R0+RL) Uc=I0/ωC =E0/ ωC(R0+RL) =E0/ tgδ =E0Q Q=UC/E0=kUC
tgδ=1/ Q=E0/UC
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。
第二章电容及损耗因数的测量
相对介电常数εr
定义：
在同一电极结构中，电极周围充满介质时的电容Cx与周围是真空 时的
电容C0(几何电容)之比
示器有关：1）比例臂两阻抗相等时（串接部分），灵敏度最高；2）电压、 频率越高、指示器可测出的电流或电压越小，电桥灵敏度就越高。
精密西林电桥（高压）
采取措施，消除或减小对电桥结构上可能造成的误差
1）减小标准电容器的损耗 tanmtanxtanN
标准电阻正常情况下tanδN<10-5,若受潮，受污染， 或是电压太高出现局部放电，则会增大几个数量级， 使用时应保证标准电阻干净、无局部放电
电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
2-1 概述 2-2 电桥法测量Cx及tanδ 2-3 谐振法测量Cx及tanδ 2-4 测量误差及其消除方法 2-5 介电谱的测量
2-1 概述
1、对相对介Biblioteka 常数εr的要求 1）储能元件大，使单位体积中储存的能量大 2）一般电工设备小，减小流过的电容电流
2、对介质损耗因数tanδ(介质损耗角正切)的要求 1）一般电工设备中用的电介质和绝缘体小，否则易消耗浪费电能， 使介质发热，容易造成老化或损坏 2）特殊要求利用介质发热大
(a)
Cx
CN
R4 R3
RN R3 Rn
tan
C4R4
CN
R4 R3
(RN
Rn)
(b)
Cx
KCNR4(RN R3) RnR3
KCN
tan
C4R4
介电常数的测量
介电常数的测量介电常数是衡量物质对电场的响应程度的物理量，它描述了物质中电荷分布发生变化时，电场强度的变化程度。
介电常数的测量是研究电介质性质的重要手段之一。
本文将介绍介电常数的测量方法、原理和应用。
一、介电常数的测量方法1. 平行板电容法：平行板电容法是最常用的测量介电常数的方法之一。
它通过测量电容器中电容的变化来确定介电常数。
具体步骤是：首先将待测介质填充在电容器的两个平行金属板之间，然后将电容器连接到电源，施加电压使电容器充电，测量电容器的电容值。
接着将待测介质更换为真空，再次测量电容值。
由于真空的介电常数为1，通过比较两次测量结果，即可得到待测介质的介电常数。
2. 微波谐振法：微波谐振法适用于介电常数较高的样品测量。
它利用谐振腔中的电磁波传播特性来测量介电常数。
谐振腔是一个封闭的金属腔体，内部有一个微波源和一个探测器。
首先将待测样品放入谐振腔中，调节微波源的频率使得谐振腔中的电磁波与样品发生共振。
然后测量共振频率和带宽，通过计算可以得到样品的介电常数。
3. 椭圆偏振法：椭圆偏振法适用于测量透明介质的介电常数。
它通过测量透射光的偏振状态来确定介电常数。
实验装置由光源、偏振片、样品和偏振分析器组成。
首先将光源发出的光通过偏振片偏振，然后透过待测样品，最后通过偏振分析器测量透射光的偏振状态。
根据透射光的偏振状态的变化，可以求得样品的介电常数。
介电常数是指电介质中电场强度和电位移的比值。
在测量过程中，通过施加电场或电磁波，观察电介质的响应，从而得到介电常数。
不同的测量方法利用了不同的原理，但核心思想都是基于电场对电荷分布的影响。
三、介电常数的应用1. 电子器件设计：介电常数是电子器件中常用材料的重要参数之一。
通过测量介电常数，可以选择合适的介质材料，优化电子器件的性能和稳定性。
2. 电力系统：介电常数的测量在电力系统中也有重要应用。
电力系统中的绝缘材料，如电缆、绝缘子等，其介电常数的准确测量对于确保电力系统的安全运行至关重要。
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。
电容的测量方法及原理
电容的测量方法及原理电容是电路中常见的重要元件，它在电子设备和通信系统中起着至关重要的作用。
电容的测量方法及原理是电子工程技术中的基础知识之一。
本文将介绍电容的测量方法及原理，希望能够帮助读者更好地理解和应用电容相关的知识。
首先，我们来了解一下电容的基本原理。
电容是一种存储电荷的元件，它由两个导体板之间的绝缘介质组成。
当电压施加在电容上时，正电荷会聚集在一个板上，负电荷则会聚集在另一个板上，从而形成电场。
电容的大小与导体板的面积、板间距和绝缘介质的介电常数有关。
电容的单位是法拉（F）。
接下来，我们将介绍电容的测量方法。
常见的电容测量方法有直流法、交流法和数字测量法。
直流法是最基本的电容测量方法之一。
它利用直流电压施加在电容上，通过测量电流和电压的关系来计算电容的数值。
直流法简单直接，适用于一般的电容测量。
交流法是另一种常见的电容测量方法。
它利用交流电压施加在电容上，通过测量电压和电流的相位差来计算电容的数值。
交流法适用于高频电路和电容的频率特性测量。
数字测量法是近年来发展起来的一种电容测量方法。
它利用微处理器和数字信号处理技术，通过对电容充放电过程的数字化采样和处理，来实现对电容数值的精确测量。
数字测量法具有测量精度高、自动化程度高等优点。
除了以上介绍的几种常见的电容测量方法外，还有一些其他特殊的测量方法，如共振法、比较法等。
这些方法在特定的应用场合下具有一定的优势和适用性。
在实际的电路设计和电子设备维护中，正确选择和应用电容的测量方法是至关重要的。
不同的测量方法适用于不同的电路和设备，合理选择测量方法可以提高测量的准确性和效率。
总结一下，电容的测量方法及原理是电子工程技术中的基础知识之一。
本文介绍了电容的基本原理和常见的测量方法，希望能够帮助读者更好地理解和应用电容相关的知识。
在实际的电路设计和电子设备维护中，正确选择和应用电容的测量方法是至关重要的。
希望本文能够对读者有所帮助。
介电常数与介电损耗 的测试材料
介电常数与介电损耗的测试材料介电常数与介电损耗是材料电学性能的两个重要指标。
介电常数是材料在电场作用下的相对电容率，是材料导电性的度量。
介电损耗则是材料在电场作用下的能量损耗，是材料的电导性能的度量。
介电常数是材料在电场作用下的响应能力。
在外加电场作用下，材料中的电子和离子会发生位移，从而形成极化现象。
极化的程度取决于材料的介电常数。
介电常数越大，材料的极化能力越强，电子和离子的位移越大。
因此，介电常数可以用来描述材料在电场作用下的极化效应。
介电常数的大小与材料的物理结构和化学成分有关。
晶体结构比较紧密的材料，如陶瓷和石英等，具有较高的介电常数。
而分子结构比较松散的材料，如塑料和橡胶等，具有较低的介电常数。
此外，材料的化学成分也会影响介电常数的大小。
例如，含有极性分子的材料通常具有较高的介电常数。
介电损耗是材料在电场作用下的能量损耗。
当外加电场频率较高时，材料中的电子和离子在电场变化的过程中会发生相对较大的位移，从而导致能量的损耗。
这种能量损耗可以通过材料的介电损耗因数来表示，介电损耗因数越大，材料的能量损耗越大。
介电损耗的大小与材料的导电性能有关。
导电性能较差的材料，如绝缘材料，通常具有较低的介电损耗。
而导电性能较好的材料，如金属和导体，通常具有较高的介电损耗。
此外，材料的组织结构和表面形态也会影响介电损耗的大小。
例如，材料表面的粗糙度较大，会增加材料的界面损耗，从而导致较大的介电损耗。
测量介电常数和介电损耗的方法有很多种。
常用的方法包括电容法、谐振法、插损法和微波共振法等。
这些方法可以通过测量材料在不同频率下的电容值或电阻值来得到介电常数和介电损耗。
介电常数和介电损耗是材料电学性能的重要指标。
介电常数可以用来描述材料在电场作用下的极化效应，而介电损耗则可以用来描述材料在电场作用下的能量损耗。
测量介电常数和介电损耗的方法多种多样，可以根据实际需求选择适合的方法进行测试。
这些指标对于材料的电学性能评估和应用具有重要意义。
电容器介质损耗及电容量测量
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载电容器介质损耗及电容量测量地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容(一) 电容器介质损耗及电容量测量一、实验背景电容器是电路中三个最基本的元器件之一。
在电路中，作为设计者常需要精确了解电容器的容量和损耗角的大小。
测量电容器的电容量和介质损耗通常有多种方法，本实验采用施加交流电信号，通过与一个标准电容器上的电信号比较，测量出被测电容器上容量大小和损耗角。
该方法还可用于材料、石油、电力以及化工等领域相关参数的测量。
二、实验目的1、了解电容器的交流特性参数2、了解比较法测量方法3、了解智能化测量仪器的基础三、实验原理（一）介质损耗测量的基本理论一个实际的元件，如电阻器、电容器和电感器，都不可能是理想的，存在着寄生电容、寄生电感和损耗等。
也就是说，一个实际的R、L、C元件都含有三个参量：电阻、电感、电容。
以电容为例，图1给出了电容器的等效模型。
图1 电容器等效模型图（a）为理想电容器，阻抗；图(b)为考虑泄漏和介质损耗时的电容器，阻抗；图（c）为高频时考虑泄漏、引线电阻和电感时的电容器，阻抗。
本实验中使用的模型为（b）。
通常用品质因数Q来衡量电感器、电容器以及谐振电路的质量，定义为：（1）则对图（b）的电容器等效模型而言，其等效导纳为，品质因数为：（2）上式中的和分别为电容器两端正弦电压的有效值和周期。
对电容器而言，常用损耗角和损耗因数来衡量其质量。
把导纳画在复平面上，如图2所示，损耗角的正切为：（3）图2 电容器介损示意图损耗因数定义为：（4）当损耗较小时，即较小时，有：（5）（二）介质损耗测试仪的工作原理如图3所示，微处理器控制下的标准信号提供了待测电容和标准电容的激励信号，进而得到了标准介质信号和待测介损信号，更换不同介损的电容器，可得到不同角度的信号。
第二章 电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
数字式自动平衡电桥
LR，CR锁相器；ADA模数、数模转换器； 不接试品，选择RN，CN；接试品，自动调节UC，UR
r
d A 0
CN Ux
UC
tan
0
00
d UR A RN
(a)
Cx
CN
R4 R3
RN R3 Rn
tan
C4R4
CN
R4 R3
(RN
Rn )
(b)
Cx
K
CN R4 (RN Rn R3
R3 )
KCN
tan
C4R4
CN R4
RN Rn R3
第13页
电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
反接和对角线接地电桥
第2页
电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
相对介电常数εr
定义：
在同一电极结构中，电极周围充满介质时的电容Cx与周围是真空 时的
电容C0(几何电容)之比
r
Cx C0
若为平行板电极
C0
0A t
A—电极面积(m2)， t——电极间距离(m)， ε0—8.854×10-12(F/m)
r
0.036 tCx
2）减小杂散电容的影响
试品低压端连接到桥臂及平衡指示器要用屏蔽线，且屏蔽线外屏蔽接地，采用电位自动 跟踪器（输入阻抗很高1012，放大倍数1，无相位移的放大器），保证C、D零电位
3）减小残余电感及零电容的影响
R4中点加可调电容
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• 变压器电桥（电感比例臂电桥）
– 电流比变压器电桥 – 电压比变压器电桥 – 自动平衡电桥
• 双T电桥
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电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
阻容电桥： 电桥的四个桥臂都是由电阻电容组成的电桥（最常用）。
Na NP
Ga
tan Gp Ga Na CP C f NP
加瓦格纳接地
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电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
（三）自动平衡电桥：电压比例臂变压器电桥制成 选择标准元件RN，CN，自动平衡的改变UR，UC，直到电桥平衡
数字式自动平衡电桥
LR，CR锁相器；ADA模数、数模转换器； 不接试品，选择RN，CN；接试品，自动调节UC，UR
能使用，将电桥接地端改到高阻抗桥臂一端
安全性：低压桥臂安装在法拉第笼S内，S用绝缘子
N支撑，N上加保护金属环K，减小绝缘子泄露电流的 影响
Cx
CN
R4 R3
tan C4R4
对角线接地电桥：电桥在C点接地，试验变压器两
端都不能接地
Cx
CN
R4 R3
tan C4R4
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电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
r
d A 0
CN Ux
UC
tan
0
00
d UR A RN
1 Ux
d:试样厚度 A:电极面积 CN:标准电容 Ux:施加于试样上的电压 Uc:记录的信号 RN:标准电阻 UR:记录的信号 γ0:电流电导率 ε’’：损耗指数
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双T电桥
电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
两个T形网络并联组成 输入端接电源E 输出端接平衡指示器G
C1,G1 接上试品：Ci，Gi 取掉试品：Co，Go
适用于50Hz及以下超 低频
CP C0 Ci tan GP Go Gi
Cp Cp
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电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
变压器电桥——电感比例臂电桥
桥臂：试品，标准电容器，两个电感 （一）电流比变压器电桥:电感桥臂与平衡指示器回路耦合 适用：试品工作电压高，高电压下测量，又称为高压变压器电桥
高压桥臂：试品Zx，无损标准电容器Cx
低压桥臂：无感电阻R3，R4/C4并联
调节R3，C4使电桥平衡
tan x
1 CP RP
C4R4
CP
R4 R3
CN
1
1 tan2 x
当tanδ<0.1，误差允许不大于1%，则
CP
CN
R，4 工频高电压，取 R3
tan KC4 注：C4 : F K :1F 1
A
εr是测量电容Cx及与电极、试品有关的尺寸
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电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
损耗因数tanδ
定义：试品在施加电压时所消耗的有功功率 与无功功率的比值，即介质损耗角δ的正切tanδ
介质无损耗时，电流与电压相位差为90o 介质有损耗时，电流于电压相位差为90o-δ
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电路分析法计算tanδ
2、对介质损耗因数tanδ(介质损耗角正切)的要求 1）一般电工设备中用的电介质和绝缘体小，否则易消耗浪费电能， 使介质发热，容易造成老化或损坏 2）特殊要求利用介质发热大
3、测量目的： 1）检验评定电工设备、元件的性能，选择合适的绝缘材料 2）通过测量，来判断绝缘系统中的含湿量、老化程度等 3）测量其频率谱和温度谱，可作为研究电介质和绝缘材料物质结构 的一种手段
低压阻容电桥（适用于薄膜材料）
适用：薄膜材料及某些电子器件，不允许施加过高电压，要采用低压电桥(不大于100V)，
比例臂的两个阻抗可以做的很接近，弥补由于电压降低而造成的电桥灵敏度的降低
1、电容比例臂电桥
2、电阻比例臂电桥
Cx
CN
C3 C4
tan C3R3
tan m tan x tan 4 tan 3 tan N
误差不超过1%
2、介质损耗很微小，不能用普通的功率表测量，将试品视为等效阻抗，测得
1 CP
RP
或Cs Rs
计算tanδ
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电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
影响相对介电常数与损耗因数的因素 1、电压幅值
– 一般情况与施加电压的幅值无关 – 若有夹层极化，高场强将使其增大 – 若绝缘体中有气泡，在电压超过起始放电电压后，测得的值增大
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电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
3、温度
εr: 温度升高会使分子间的束缚力减小，极化 容易形成，因而介电常数增大，但当温 度很高时，物质密度降低，而且分子的 热运动加剧，从而使极化强度降低。
tanδ：温度较低时，在εr变化时出现最大值，而 在温度很高时，由于电导产生的介质损 耗占主要地位，介质损耗就和电导一样 随温度上升而指数式增长。同时温度升 高，极化松弛时间减小， tanδ随 频率变 化的最大值向高频方向移动。
试品低压端连接到桥臂及平衡指示器要用屏蔽线，且屏蔽线外屏蔽接地，采用电位自动 跟踪器（输入阻抗很高1012，放大倍数1，无相位移的放大器），保证C、D零电位
3）减小残余电感及零电容的影响
R4中点加可调电容
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大电容电桥
电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
精密西林电桥内电阻R3允许的最大电流为30mA，电容量很大的试品，如 电力电容器，长电缆等，高压下会流过很大的电流，在R3上并联电阻 分流器(a)；当电流更大时，要用精密电流互感器(b)
R4
104
安全性：Zx>>Z3，ZN>>Z4，电桥上施加的电压绝大部分都降落在高压桥臂上 电桥灵敏度与电桥本身结构、电桥上施加的电压幅值及频率、以及电桥的平衡指
示器有关：1）比例臂两阻抗相等时（串接部分），灵敏度最高；2）电压、 频率越高、指示器可测出的电流或电压越小，电桥灵敏度就越高。
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精密西林电桥（高压）
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电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
2-3 谐振法测量Cx及tanδ
电桥法的局限性： 1、随频率提高，测量回路中的杂散电容及电感对测量结果的影响增大 2、电桥回路和元件的杂散电容及电感较大，一般适用于测量频率在MHz
以下
谐振法优点： 1、测量频率在MHz以上 2、谐振法测试回路简单，用的元件少，杂散电容及电感较小 3、用替代法测量，可把部分固定的误差减除 4、在很高测量频率(GHz)下，可使测量误差减到允许范围
测量过程 1、闭合开关，接入试品，C2i，C3i 2、打开开关，不接试品，C2o，C3o
CP C3i C3o =C3
tan 1 RC2C2 CPRP C1C3
精度：公共接地O，a端对地杂散阻抗与电源并联，b端对地杂散阻抗与指示器并 联，不会引入测量误差。可在50kHz~50MHz范围内保持较高的准确度
(Ci Cp )
2）打开S，不接试品，调C出现谐振，Co
L 1 Co
3）试品电容为：
CP Co Ci C
5、两次测量值均有误差，但只要误差是相同的，在计算偏差时可以消除，是替代法的优点
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电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
变Q法测量tanδ
1、谐振回路的品质因数Q值和tanδ成倒数关系
2、Q值可用谐振时调谐电容器C两端的电压Ur 与电源电压U0之比表示
3、 Q值可以用Q表测量
4、谐振回路接与不接试品，回路Q值不同，接试品时Q小
1)不接试品时
1 Q0
tan 0
G0 Cr
2)接试品时
1 Qi
tani
G0 GP (CP Ci )
3)试品损耗因数为
tan x
GP CP
( 1 Qi
3、接入试品测试
1)调C使回路谐振，谐振电压Uri，计算Usi Uri / 2
2)调大C，使UC下降为Usi，记C为Cbi
3)调小C，使UC上升为Uri后再降到Usi，记C为Cai
Ci Cbi Cai
4、不接试品测试
Gi
Go
Gx
Ci 2
1)调C使电路谐振，谐振电压Uro ，计算 Uso Uro / 2 2)调大C，使UC下降为Uso，记C为Cbo 3)调小C，使UC上升为Uro后再降到Uso，记C为Cai
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电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
2、频率
– 极化需要一定时间，若这时间比交变电场 的周期长的多，这种极化就来不及完成。 频率低时，各种极化都存在，εr大，频率 高时，夹层极化、偶极子极化来不及完成， 只剩下电子极化、原子极化，εr减小。
– tanδ：主要由偶极子极化、夹层极化造成。 频率高，无极化故无损耗；频率低，极化 完全跟的上电场变化而无滞后，相位差为 90o，也无损耗；只在极化有滞后时出现介 质损耗， εr 变化时，tanδ出现最大值
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电容(相对介电常数)及损耗因数极结构中，电极周围充满介质时的电容Cx与周围是真空 时的
电容C0(几何电容)之比
r
Cx C0
若为平行板电极
C0
0A t
A—电极面积(m2)， t——电极间距离(m)， ε0—8.854×10-12(F/m)
r
0.036 tCx
并联
电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
串联
tan Pr uIr 1 Pc uIc CP RP
tan
Pr Pc
ur I uc I
Cs Rs
tan
1 CP RP
Cs Rs
Cp
1
Cs tan 2
RP
(1
1 tan2
)Rs
说明：
1、并联等效阻抗能切实反映绝缘体中有泄漏电流的事实Cx=Cp ，当tanδ<0.1时， Cx=Cp ≈Cs，