第三章 电容元件介电参数测量
《电子材料与元器件测试技术》课程教学大纲
《电子材料与元器件测试技术》课程教学大纲课程代码：ABJD0516课程中文名称：电子材料与元器件测试技术课程英文名称：MeasurementTechniquesforE1ectronicMateria1sandDevices课程性质：专业必修课课程学分数：3学分课程学时数：48学时授课对象：电子科学与技术专业本课程的前导课程：大学物理、半导体物理学、电子材料、电子陶瓷工艺原理与技术一、课程简介介绍了电子材料与元器件特别电子陶瓷与器件基本电参数的测试方法、原理以及提高测量准确度的途径，同时介绍了常用的实验数据处理、统计分析方法。
二、教学基本内容和要求第一章误差理论和实验数据处理基础主要教学内容：（1）、测量的基本概念；（2）、随机误差基本理论和处理方法；（3）、系统误差的发现和消除方法；（4）、误差的合成与分配。
教学要求：理解测量和测量误差的概念，了解系统误差的判别及消除方法，理解测量的方法，掌握误差的合成与分配。
重点：随机误差基本理论及分析方法；难点：误差的合成与分配。
第二章电阻器的电阻率测量主要教学内容：（1）、电阻与电阻率的基本概念；（2）、电阻与电阻率的测量；（3）、测量技术的考虑与提高准确度的途径；（4）、电阻器等效参数的测量。
教学要求：了解电子材料与元器件的分类方法，理解分压式测量原理，掌握电阻式电桥电路的分析，掌握高阻抗测试技术。
重点：分压式测量原理，电阻式电桥电路。
难点：高阻的测量。
第三章电容元件参数的测量主要教学内容：（1）、电容器的基本参数；（2）、西林电桥；（3）、双T电桥；（4）、谐振法；（5）、高频测试技术。
教学要求：了解电容器的三个基本参数，了解三种电极系统的作用，理解双T电桥的分析方法，掌握西林电桥的不同结构，掌握串联谐振和并联谐振的区别，并熟记其计算公式。
重点：西林电桥；谐振法难点：双T电桥，高频测试技术第四章敏感元器件参数的测量主要教学内容：（1）、热敏电阻器特性参数的测量；（2）、湿敏电阻器特性参数的测量；（3）、气敏元件特性参数的测量；（4）、压敏电阻器特性参数的测量；（5）、力敏电阻器特性参数的测量；（6）、磁敏电阻器特性参数的测量；（7）、光敏电阻器特性参数的测量。
电参量测量技术PPT课件
x
360
T Tc
（3-32）
如果采用十进制计数器计数，而且时标脉冲周期Tc与被测 信号周期T满足以下关系式：
27
3.1.3相位差的数字测量
Tc
T 360 10n
（3-33）
则代入（2-22）式可得:
x N /10 n
相对量化误差为:
△ 1 x N
（3-34） （3-35）
22
3.1频率、时间和相位的测量
3.1.1 频率的测量 3.1.2 时间间隔的数字测量 3.1.3 相位差的数字测量
23
3.1.3相位差的数字测量
测量相位差的方法主要有：用示波器测量；与标准移相器 比较(零示法)；把相位差转换为电压来测量；把相位差转 换为时间间隔来测量等。
1. 相位-电压转换法
①测频方式 由(3-9)式可得“测频”的相对误差为：
△ fx △N △ fc 1 △ fc
fx
N
fc N fc
12
3.1.1频率测量
进一步推导可得测频最大相对误差为：
△fx fx
fc mf x
△ fc fc
由上式可见，被测频率fx越高，分频系数m越大，测频的相对 误差△fx/fx越小，测频的精确度越高。
29
3.1频率、时间和相位的测量
30
3.2电压和电流的测量
3.2.1 电压的测量 3.2.2 电流的测量
31
3.2.1电压的测量
1.直流电压的测量
（1）普通直流电压表 普通直流电压通常由动圈式高灵敏度直流电流表串联适当 的电阻构成，如图3-6所示。串联电阻Rn所构成的电压表 的满度电压为
测量电容方法
测量电容方法电容是电子电路中常见的元件，用于储存电荷和调节电流。
在电子设备维修和实验研究中，准确测量电容值对于电路分析和元件选择至关重要。
本文将介绍几种常见的测量电容的方法，包括使用万用表、LCR电桥以及示波器等。
一、使用万用表测量电容值万用表是测量电路中常用的仪器，它可以用来测量电压、电流和电阻等基本参数。
在测量电容时，我们可以采用以下步骤：步骤1：确保电容元件不带电，拔出电源。
步骤2：选择万用表上的电容量测量档位，并插上电容测试引线。
步骤3：将电容元件的两个引脚连接至万用表的测试引线，注意引线的极性与电容端子的极性一致。
步骤4：读取万用表上显示的电容值，记下测量结果。
举例说明：以一个电容值为100μF的电容元件为例，按照上述步骤进行测量，万用表可能显示电容值为99.5μF，由于万用表的测量误差，我们可以认为这个电容元件的电容值约为100μF。
二、使用LCR电桥测量电容值LCR电桥是一种专门用于测量电感、电容和电阻的仪器，相较于万用表，精确度更高。
以下是使用LCR电桥进行电容测量的步骤：步骤1：确保电容元件不带电，拔出电源。
步骤2：打开LCR电桥，并将测量模式设置为电容测量。
步骤3：将电容元件的两个引脚连接至LCR电桥的测试夹具。
步骤4：等待仪器自动进行测量，并读取测量结果。
步骤5：记下测量结果，即所测得的电容值。
举例说明：在使用LCR电桥测量电容时，如果测量结果为100.2μF，这意味着电容元件的电容值约为100.2μF。
三、使用示波器测量电容值示波器是一种常用于显示电压波形的仪器，它也可以用于测量电容值。
以下是使用示波器进行电容测量的步骤：步骤1：确保电容元件不带电，拔出电源。
步骤2：将示波器设为适当的测量范围，选择电容测量模式。
步骤3：将电容元件的正负极分别连接至示波器的两个输入端。
步骤4：观察示波器屏幕上显示的波形，并记录下示波器上显示的周期时间。
步骤5：使用计算公式 C = τ/Ω，其中C为电容值（单位为法拉F），τ为示波器上显示的周期时间，Ω为示波器的阻抗。
电容参数测试实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解电容器的参数及其测试方法；2. 掌握使用示波器、万用表等仪器进行电容器参数测试的操作技巧；3. 熟悉电容器参数对电路性能的影响。
二、实验原理电容器是一种储存电荷的电子元件，其参数主要包括电容量、耐压值、损耗角正切等。
电容量是指电容器储存电荷的能力，单位为法拉（F）；耐压值是指电容器能够承受的最大电压，单位为伏特（V）；损耗角正切是衡量电容器损耗性能的参数，其值越小，电容器性能越好。
电容器参数测试实验主要通过测量电容量、耐压值和损耗角正切等参数，来评估电容器的性能。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：（1）示波器：用于观察电容器充放电波形；（2）万用表：用于测量电容器的电容量、耐压值和损耗角正切；（3）信号发生器：用于提供测试信号；（4）电容器：待测试的电容元件。
2. 实验材料：（1）测试电路板；（2）连接线；（3）电源。
四、实验步骤1. 连接电路：按照实验电路图连接测试电路，包括信号发生器、电容器、示波器、万用表等。
2. 测量电容量：（1）打开电源，调节信号发生器输出频率为1kHz，输出电压为5V；（2）使用万用表测量电容器的电容量，记录数据。
3. 测量耐压值：（1）使用万用表测量电容器的耐压值，记录数据；（2）将电容器接入测试电路，逐渐增加电压，观察电容器是否击穿，记录击穿电压。
4. 测量损耗角正切：（1）打开示波器，将示波器探头连接到电容器的两端；（2）使用信号发生器输出正弦波信号，调节频率为1kHz，输出电压为5V；（3）观察示波器显示的波形，记录电容器的充放电波形；（4）使用万用表测量电容器的损耗角正切，记录数据。
5. 数据处理与分析：（1）根据测量数据，计算电容器的电容量、耐压值和损耗角正切；（2）分析电容器的性能，比较不同电容器的参数差异。
五、实验结果与分析1. 电容量：根据实验数据，电容器A的电容量为10μF，电容器B的电容量为15μF。
2. 耐压值：电容器A的耐压值为50V，电容器B的耐压值为60V。
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。
介电性能的测量原理.ppt
d D12
管状试样
r2110Cx lnrL2r10.0181012C Lxlnrr1 2
介质损耗角正切（tanδ)的测定
通过测量试样的等效参数经计算求得，也 可在仪器上直接读取。
工频、音频下一般都采用电桥法测量，高 电压时采用西林电桥法。
西林电桥法
电桥平衡时
tanC4R4
CxCNR R4 3 1tan2CNR R4 3
C N ——标准电容 C 4 ——可调电容 R 4 ——固定电阻 R 3 ——可调电阻
当频率为几十千赫到几百兆赫范围时，可用 集总参数的谐振法进行测量，如图所示
击穿电场强度测定
绝缘材料的击穿电场强度以平均击穿电场强
度
E
表示
B
EB
uB d
u B ——击穿电压
d ——试样的平均厚度
击穿电压可用静电电压表、电压互感器、放电球隙 等仪器并联于试样两端直接测出。
击穿电压很高时，需采用电容分压器。
冲击电压下的击穿电场强度测试，一般用冲击电压发 生器产生的标准冲击电压施加于试样，逐渐升高冲击电 压的峰值直至击穿。
冲击电压可用50%球隙放电法，也可用阻容分压器加 上脉冲示波器或峰值电压表测量。
9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。 2020/12/102020/12/10Thursday, December 10, 2020
谐振回路法
测量范围：40KHZ～200MHZ
测量原理： 依据谐振回路的谐振特性进行测量的。根 据谐振时角频率ω与回路的电感、电容之间 的特定关系式，求得Cx和tanδX。
阻抗矢量法
电容测量方法及应用
电容测量方法及应用电容测量方法及应用电容是电路中一种重要的电性质，它能够储存电荷并决定电路的响应速度和频率特性。
因此，准确测量电容的值对于电路的设计和性能评估是至关重要的。
在本文中，我将介绍电容测量的方法和应用。
一、电容测量方法电容的测量方法主要包括直流方法、交流方法和脉冲方法。
1. 直流方法直流方法是一种简单常用的电容测量方法。
其原理是通过测量电容充电或放电所需的时间来计算电容的值。
具体测量步骤如下：（1）将待测电容与一已知电阻和电压源连接成一个RC 串联电路；（2）用示波器观测电容两端的电压变化情况；（3）根据RC 时间常数公式，可以计算出电容的值。
该方法测量简单，不需要复杂的仪器设备，但适用范围较窄，主要适用于小型电容的测量。
2. 交流方法交流方法是一种常用的电容测量方法，它是通过测量电容器对交流电的阻抗值来计算电容的值。
具体测量步骤如下：（1）将待测电容与一个已知电感和交流信号源连接成一个LCR 串联电路；（2）调整频率，测量电容器对交流电的阻抗值；（3）根据电容器的阻抗对频率的变化特性，可以计算出电容的值。
该方法适用于各种类型和尺寸的电容测量，精度较高。
同时，还可以通过频率扫描获得电容器的频率特性，可以评估电容器的稳定性和性能。
3. 脉冲方法脉冲方法是一种测量大型电容的有效方法。
其原理是通过测量电容器对脉冲信号的响应来计算电容的值。
具体测量步骤如下：（1）将待测电容与一个已知电阻和脉冲信号源连接成一个RC 串联电路；（2）观测电容器两端的电压响应情况；（3）根据锯齿波的上升时间和已知电阻的阻值，可以计算出电容的值。
该方法适用于大型电容的测量，可以测量较大范围内的电容值。
但需要注意的是，脉冲方法只适用于测量电容器的等效串联电容值。
二、电容测量应用电容测量在电子工程、通信工程、仪器仪表等领域具有广泛的应用。
1. 电子工程在电子工程中，电容测量被广泛应用于电路设计和调试中。
通过测量电容值，可以确定电路的频率响应和滤波特性，从而优化电路的性能。
介电性能的测量原理优选文档专选课件
介电性能测试主要内容 简介
介电性能测试内容主要包括 ⑴绝缘电阻率 ⑵相对介电常数 ⑶介质损耗角正切 ⑷击穿电场强度
绝缘电阻率测试
绝缘电阻率测试通常采用三电极系统，可以分别测出试 样的体积电阻率ρv和表面电阻率ρs，测量电路图如下图所 示。
体积电阻率测试线路图
表面电阻测量线路图
平板试样
v
=
u Iv
介电常数是表征电介质的最基本的参量，是衡量电介 质在电场下的极化行为或储存电荷能力的参数。
电介质电容、介电常数
真空电容 C0=Q0/V=0s/d
电介质电容 C=Q/V=ros/d
相对介电常数 εr = C/C0
基本公式
平行板电容器
Dielectric
Co = Q/V = oA/d
C = A/d
C N ——标准电容 C 4 ——可调电容 R 4 ——固定电阻 R 3 ——可调电阻
当频率为几十千赫到几百兆赫范围时，可用 集总参数的谐振法进行测量，如图所示
击穿电场强度测定
绝缘材料的击穿电场强度以平均击穿电场强
度
E
表示
B
EB
uB d
u B ——击穿电压
d ——试样的平均厚度
谢谢观看！
r= /o
介电损耗 Dielectric loss
定义：
介质的介电损耗是指电介质在单位时间内每 单位体积中将电能转换为热能而损耗的能量。
电介质的介电损耗一般用损耗角正切tan 表 示，并定义为：
tan介 质 损 耗 的 无 功 功 率 功 （ 率 即 有 功 功 率 ）
同时，介电损耗也是表示绝缘材料（如绝缘油 料）质量的指标之一。介电损耗愈小，绝缘材料的 质量愈好，绝缘性能也愈好。
介电常数的测量
实验七 介电常数的测量ε和损耗角tgδ的温度和频率特性，可以获取物质内部 测量物质在交变电场中介电常数r结构的重要信息。
DP—5型介电谱仪内置带有锁相环(PLL)的宽范围正弦频率合成信号源和由乘法器、同步积分器、移相器等组成的锁定放大测量电路，具有弱信号检测和网络分析的功能。
对填充介质的平行板电容器的激励信号的正交分量(实部和虚部)进行比较、分离、测量，检测介电频率谱和温度谱。
作为大学物理实验的内容，具有测量精度高、方法新颖、知识性和实用性强等特点。
[目的要求]ε和损耗角tgδ的温度和频率特性。
1．学习用介电谱仪测量物质在交变电场中介电常数r2．了解带有锁相环(PLL)的正弦频率合成信号源和锁定放大测量电路的原理和结构。
3．掌握对信号的正交分量(实部和虚部)进行比较、分离、测量的方法。
[实验原理]图1测量原理图原理如图1所示.置于平板电极之间的样品，在正弦型信号的激励下，等效于电阻R和电容C的并联网络。
其中电阻R是用来模拟样品在极化过程中由于极化滞后于外场的变化所引起的能量损失。
若极板的面积为A，间距为d，则：R=d/Aσ， C=εA／d， tgδ=1／ωRC=σ／ωε式中ε=εoεr，εo为真空介电常量，σ为与介电极化机制有关的交流电导率。
设网络的复阻抗为Z，其实部为Z’，虚部为Z″，样品上激励电压为Vs(基准信号)，通过样品的电流由运放ICl转化为电压Vz：(样品信号)，用V’s，V″s和V″z分别表示其实部和虚部，则有：Vz＝RnVs／Z， σ=K(V’sV’z+V″sV″z)， ωε=K(V’sV″z-V″sV’z)tgδ=(V’sV’z+V″sV″z)/ (V’sV″z-V″sV’z)式中K=d／ARn(V’sV’s+V″sV″s)。
电压的实部和虚部通过开关型乘法器IC2和π／2移相器IC3实现分离后测量。
IC2的作用是将被测正弦信号Vz(或Vs)与同频率的相关参考方波Vr相乘。
本系统测量时通过移相微调电路使Vr和vs同相位，即Vs的虚部V″s=O，测量公式简化为：σ=K’V’z， ωε=K’V″z, tgδ=V’z/V″z式中K’＝d／(ARnV’s)．图中K指向1时测量V’s，指向2时测量V’z和V″z。
介电常数的测试方法
介电常数的测试方法介电常数的测试方法介电常数（dielectric constant，k）是指介电介质中电场强度和电势的比值，它是一个重要的参数，对电子元件工作有着重要的影响。
以下是介电常数的测试方法：一、常用的介电常数测量仪1、电磁场仪：电磁场仪可以测量介质中的垂直电场强度，从而得到介电常数，但它有一定的精度限制，如测量精度只有10kV/m。
2、微波仪：这是一种测量介电介质介电常数的仪器，它可以通过微波电磁测量来测量介电介质的介电常数，其精度高达10-3。
3、介质折射率仪：它可以测量介质折射率，从而确定介电介质的介电常数，但是其精度也不太高，一般只能达到10-2。
4、驻波比测量仪：它通过测量驻波比来求出介质的介电常数，它具有很高的精度，可以达到10-4。
二、常用的介电常数实验1、电容器实验：通过一定的电压打在一个电容器上，求电容器的容量，从而可以求出介电介质的介电常数。
2、阻抗实验：通过在介电介质中放置一个阻抗元件，再用频谱分析仪测量频率，从阻抗元件的抗谐振特性来求出介质的介电常数。
3、电场强度实验：通过在介质中放置一个电场强度传感器，在电场强度场中求出介质的介电常数。
4、多普勒实验：通过在介质中设置一个多普勒实验装置，通过控制电源来测量多普勒效应，从而求出介电介质的介电常数。
三、其他测试方法1、介电弹簧实验：通过介电弹簧实验来求出介电介质的介电常数。
2、有限元分析：通过有限元分析法来求出介电介质的介电常数，但需要一定的计算机知识。
3、量子力学实验：通过量子力学实验来测量介质的介电常数，但这一实验方法的准确性和精度仍然是有局限性的。
介电常数的测试方法十分多样，确定介电常数时要根据不同的环境、需求等选取不同的测量仪器和实验方法，以准确测量介电介质的介电常数。
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。
第三章电容元件介电参数测量
（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。
tg x C4 R4
(3-4-4)
因此，当桥臂电阻R3、R4及电容CN、C4已知时，就可求出试样 的电容和损耗角正切，进而计算出材料的相对介电常数r。
灵敏度与误差分析
• 灵敏度：被测试样阻抗变 化使电桥失去平衡所引起的 输出电压的变化。
灵敏度 U Z
由右图得到：
U U ( Z x Z x Z N ) Z3 Z x Z x Z N Z4
Cp
Cs
1 tg 2
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。
四、 西林电桥
西林电桥分类
• 高压工频西林电桥 • 低压工频西林电桥 • 低压(高频)西林电桥 • 反接电桥 • 对角线接地西林电桥 • 大电容西林电桥
根据交流电桥平衡条件
ZxZ4=Z3ZN
(3-4-1)
A
B
图3-9 西林电桥原理图
•Cx、Rx为被测试样的等值并联电 容、电阻 •R3、R4为比例臂 •CN为平衡试样电容的标准电容 •C4为平衡试样损耗角正切的可变 电容
3 电参数的测量
0
(3) 不平衡电桥。
R3 D E R4
3）单电桥的使用步骤 ）
（1）使用前先将检流计锁扣打开，并调节调零器 ）使用前先将检流计锁扣打开， 使指针或光点指示器置于零位。 使指针或光点指示器置于零位。
I1 R1 = I S RS + I 3 R1'
' R2 R0 R2 R1' R2 )( − ) Rx = RS + ( ' ' R1 R0 + R1 + R2 R1 R2 ' R2 R0 R '1 R2 R2 Rx = RS + ( )( − ' ) ' ' R1 R0 + R1 + R2 R1 R1
Rx RV − Rx ′ Rx′ − Rx R + RV − Rx γ= × 100% = x × 100% = × 100% Rx Rx Rx + RV
可见电压表接前的电路，方法误差为正，表明 测量结果比实际值大；同时RA/Rx值越大，其方法误 差越大，所以这种接法适用于Rx>>RA，即测量大电 阻的场合。电压表接后的电路，测量的方法误差为 负，表明测量结果比实际值小；同时Rx比RV小得越 多，误差越小，所以这种接法适合于Rx<< RV ，即 测量小电阻的场合。 −R
电桥 法
测量准确度高， 用于实验室精密 测量准确度高，测量 测量 范围广 单电桥10~106Ω 单电桥 双电桥10 双电桥 -6~102Ω 用于一般工程测 量 电阻10 电阻 -3~106Ω 可在给定工作状态下 测量， 测量，特别适合非线 性参数
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。
介电性能的测量原理
介电常数是表征电介质的最基本的参量，是衡量电介 质在电场下的极化行为或储存电荷能力的参数。
电介质电容、介电常数
真空电容 电介质电容
C0=Q0/V=0s/d
C=Q/V=ros/d
相对介电常数 εr = C/C0
基本公式
平行板电容器
Dielectr ic
Co = Q/V = eoA/d
C = eA/d
er= e /eo
介电损耗 Dielectric loss
定义：
介质的介电损耗是指电介质在单位时间内每 单位体积中将电能转换为热能而损耗的能量。
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）
谐振回路法
测量范围：40KHZ～200MHZ
测量原理： 依据谐振回路的谐振特性进行测量的。
根据谐振时角频率ω与回路的电感、电容 之间的特定关系式，求得Cx和tanδX。
阻抗矢量法
测量范围：0.01HZ～200MHZ
测量原理： 通过矢量电压一电流的比值的测量来
确定复阻抗的，进而获得网络、元件或材 料的有关参数。
电介质击穿形式分类
①热击穿 ②电击穿 ③电化学击穿
不均匀介质中的电压分配 内电离 表面放电和边缘击穿
介电性能的测量方法
依据所测量的基本原理可分为三大类
①电桥法 ②谐振回路法 ③阻抗矢量法
电桥法
测量范围：0.01HZ～150MHZ
测量原理： 根据电桥平衡时两对边阻抗乘积相等，从 而来确定被测电容器或介质材料试样的CX 和tanX。
电介质在电场作用下具体损耗的能量主要包括：
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因此，当桥臂电阻R3、R4及电容CN、C4已知时，就可求出试样 的电容和损耗角正切，进而计算出材料的相对介电常数r。
灵敏度与误差分析
• 灵敏度：被测试样阻抗变 化使电桥失去平衡所引起的 输出电压的变化。
灵敏度 U Z
由右图得到：
U U ( Z x Z x Z N ) Z3 Z x Z x Z N Z4
☺在超低频时，介质的交流电导 率一般接近于直流电导率，因此， 可用电阻元件作为比例臂。
图3-5 超低频电桥
音频电桥： 20Hz — 3MHz 是测量介质参数εr、 tgδ的常用手段。 可用于直接法或替代法的测量，后者具有较高的灵敏度。 用于音频下测试介质的典型电阻臂电容电桥，称为西林电桥。
☺由于不采用可变电阻作为平 衡元件，从而可以避免串联 电感和并联电容带来的误差， 因此可用于较高的频率。
使用频率高，常常采用电容连接点接地，以消除对地电容
与电阻并联对损耗角正切造成的误差；由于电压低，常常把
电源跨接在电阻比例臂上，以提高电桥的灵敏度。为消除Z3、
Z4对地电容对CN、Cx的影响，需要将Z3、Z4屏蔽。
• 电桥平衡时， Cx，tgδx可由下式计算：
R3
B C4
Cx
CN
R4 R3
C Cx
R4
图3-6 西林电桥
双T电桥：
— 150MHz
由两个并联的T型网络构成的四端网络，当输出电流大小相
等而相位相反时，输出端的电流为零，此时系统达到平衡。
图3-8 双T电桥
☺信号源与检测器有公共的连 接点，因此可以不用对称变 压器。 ☺所有的杂散分量均能容易地 被消除，与其他电桥相比， 其工作频率可以高很多。
相对介电常数与损耗角正切可计算如下：
tg Cxtg x Cxtg x tg x Cp rCd Cx C f Cg 1 C f 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。
表面漏导引起的介质损耗角正切增量 tg Gs C x
图3-3 简单的二电极测试系统 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。
CNU
Z x Zx
1 1
Z4
即
U Z x
CNU
Z4 Zx
得到
灵敏度与测试电压U，测试频率ω，以及标准电容CN 成正比。
•误差分析 简单变化后得到相对误差与测试电压U，测试频率ω，
输出电压ΔU以及标准电容CN的关系。
Z x U
Z x CNUZ 4
• 西林电桥分类
➢ 高压工频西林电桥
主要用于测量绝缘材料的相对
☺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 Cxtg x Cxtg x
tg x
Cp
Cx (Ce Cg ) 1 Ce Cg
1 0
2LA
式中，
C
' A
,
C
B' 为不接样品时，两个标准空气电容的读数
(3-5-5) (3-5-6)
如果样品接在A端上，则以上两式分别变为：
CB
C2
1
GA GP 2C1C2 RN
1 2 LB
0
CP
CA
C1
C2
C1C2 C3
1
G
B
RN
1 2L
A
0
(3-5-7) (3-5-8)
式中，CA、CB为接样品时两个标准空气电容器的读数；
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
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。
Cs
1 tg 2
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。
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。
☺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：
— 150MHz
西林电桥
超低频电桥： 0.01Hz — 200Hz 适用于介电松弛在极低频时发生的介质的测量。
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。
二电极测量存在由边缘效应引起的边缘电容(Ce)和电极对地 电容(Cg)，这两个使测量值偏大，即测量值(Cx)大于真值(Cp)。故 有: Cp=Cx－Cg－Ce，但对于tg却有测量值偏小的现象。
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
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%
CP、GP分别为样品的等效并联电容及电导。
由上面四式，可得
CP
C
' A
CA
C A
GP
RN 2
C1C 2 C3
CB
C
' B
RN 2
C1C 2 C3
C B
故
tg x
1
CP RP
GP
C P
RN C1C2
C3
C B C A
1 Zx
1 Rx
jC x
ZN
1
jC N
1 Z4
1 R4
jC4
Z3=R3
(3-4-2)
分别带入(3-4-1)并解之，可得
Cx
R4 R3
CN
1
1 tg 2 x
式中tgδx为试样的损耗角正切。
当tgδx<0.1时，试样电容Cx可近似按下式计算：
Cx
R4 R3
CN
(3-4-3)
又
tg x C4 R4
(3-4-4)
D C4
R4 B
图3-11 高压工频西林电桥
③. R4是固定的，做成104/或103/则: tgX=R4C4=2×50× 104/×C4×10－6＝C4 或为0.1C4，所以可以将C4校刻为tgX可以直接读数。
④.测量时，被测量样品不接地，CN上有高电压，调节困难， 因而只能通过调节R3、C4使电桥平衡。电桥的灵敏度受到CN 的限制，只能通过增高电源电压及指示仪表的分辨率来提高
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
A
Zx
ZN
G
U
Z3
Z4Biblioteka B图3-10 西林电桥原理分析
代入平衡条件ZxZ4=Z3ZN，得到：
U U
Z x
Zx 2
ZN Z4
Z x Z3
Z4 ZN
Z x Zx
由于
Z x 1, Z N Z x
Zx
Z4
Z3
得到
U U
Z x
Z
x
Z
N
2 ZN
1 Z4
Z4
Z
2 N
较低频率时，ZN>>Z4，故有
U
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
四、 西林电桥
西林电桥分类
• 高压工频西林电桥 • 低压工频西林电桥 • 低压(高频)西林电桥 • 反接电桥 • 对角线接地西林电桥 • 大电容西林电桥