介电常数的测量的讲义2013.8
介电常数测量
测量介电常数的方法探究班级:姓名:序号:学号:学院:测量介电常数的方法探究介电常数应用在科技的方方面面，但是如何测得介电常数以保证需要呢，本文就几种主流测量方法进行了探究。
主流的测量介电常数的方法即空间波法和探针法。
空间波法：空间波法是一种介电常数的实地检测法。
用该方法测量介电常数时，可以将测量仪器拿到被测物所在位置进行无损的实地测量，可获得最接近微波遥感真实值的介电常数。
微波遥感的典型目标，如土壤、沙地岩石、水体、冰雪、各类作物、各类草地、森林等，当其表面统计粗糙度远远小于所使用的波长时可用菲涅尔反射系数描述其介电常数与观测角之间的关系：R∥=（-）/（+）（1）R⊥=（-）/（+）（2）其中为目标物的相对介电常数，R∥为水平极化反射系数，R⊥为垂直极化反射系数，θ为入射角。
只要测得以上参数，经过绝对定标或者相对定标后，通过数学运算就可以反演得到介电常数。
空间波测量介电常数是利用菲涅尔反射定律进行的，要求所用波长大于被测目标的统计粗糙度，在粗糙度大时会影响精度，这时必须引入粗糙度修正量。
可以利用加大观测角以提高粗糙表面物的测量精度，从实际中，对土壤、草丛、冰的测量结果看是比较好的。
探针法：在探针法实地测量介质介电常数时，探针的位置一般有两种：即全部没入待测介质中和探针位于空气和介质构成的接触面上。
在两种情况下，样品的介电常数都可以通过在非谐振时测量的反射波、传输波或者谐振时测量的谐振频率和3dB带宽等参数来反演得到。
探针法测量介电常数，可以使用的探针有：单极振子、波导和同轴线等。
相对于其他探针，单极振子的结构简单，测量方便，且可以获得相对比较精确地测量结果，是目前探针法实地测量介电常数研究中的一个热点。
单极振子：用单极振子探针法测量介电常数主要是通过测量反射系数ρ、天线的输入阻抗Zn （或导纳Y）、S参数、天线谐振长度hr和激励电阻抗Rr或谐振频率fs和3dB带宽的变化等来反眼。
这些放发根据原理和测量值的不同可以分为反射法、传输发和谐振法。
介电常数的测量
电子材料介电常数μ的测量方法摘要：本文综述了几种常用电子材料介电常数μ的测量方法，包括频域，时域法，谐振腔技术和噪声相关技术，以及这些方法的背景研究现状。
目前，这几种方法已广泛应用测量原理中。
关键词：介电常数；介电常数的测量介质在外加电场会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场与介质中的电场的比值即为相对介电常数，与频率相关。
介电常数的相对介电常数与真空中绝对介电常数的乘积。
自从20世纪40年代以来，随着电力，电子，通信，雷达等技术的发展，促进了材料介电常数测量技术的发展。
相反，介电常数测量技术的发展也促进各众多科研领域的发展。
本文分析了材料介电常数测量的原理与测量方法。
一．测量原理：电磁波与材料介质相互作用的时候，会发生反射，透射，散射等物理现象，通过测量研究这些现象，可以获得介质的相关参数，根据现象的不同，测量介电常数的方法可大致分为，频域传输发，时域法，噪声相关法和谐振腔法。
1.频域传输法：假设一平面电磁波Et=cos(wt-koz)垂直入射到材料表面，则其反射波与入射波分别为Er=ΓExcos(wt+koz),Et=TExcos(wt-kz)式子中，ko=w√εoμo,k=w√εμ,Γ=η-ηo/η+ηo，T=2η/η+ηo, ηo=√μo/εo, η=√μ/ε。
由此可见，只需要测量出反射波与入射波就可以推到出介电常数。
2.时域传输法：将材料等效为一个无源性的网络h(t)，给定输入激励脉冲信号s(t),测反射脉冲信号和透射脉冲信号分别为：R(t)=s(t)*h(t),T(t)=s(t)*h’(t),其中h(t)是输入冲击脉冲产生的反射响应，h’(t)为透射响应脉冲，因此同上述方法，只需要测量h(t)或者h’(t)就可以推导出介电常数。
3.噪声相关法：首先将介质材料等效为一个无源网络系统。
制造一个噪声源，同时将噪声源产生的噪声分为两个支路，其中一支经过固定延时后与介质相互作用，响应函数为h(t)，另一支经过可变延时器。
介电常数的测定 (3)
实验题目：介电常数的测定 89实验目的：本实验要求学生了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围，掌握替代法，比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法，用自己设计与制作的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数。
实验原理：1. 介电体（又称电介质）最基本的物理性质是它的介电性，对介电性的研究不但在电介质材料的应用上具有重要意义，而且也是了解电介质的分子结构和激化机理的重要分析手段之一，探索高介电常数的电介质材料，对电子工业元器件的小型化有着重要的意义。
介电常数（又称电容率）是反映材料特性的重要参量，电介质极化能力越强，其介电常数就越大。
测量介电常数的方法很多，常用的有比较法，替代法，电桥法，谐振法，Q 表法，直流测量法和微波测量法等。
各种方法各有特点和适用范围，因而要根据材料的性能，样品的形状和尺寸大小及所需测量的频率范围等选择适当的测量方法。
2.介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系： SCd r 00εεεε==（1）式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /1085.8120-⨯=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。
一、替代法当实验室无专用测量电容的仪器，但有标准可变电容箱或标准可变电容器时，可采用替代法设计一简易的电容测试仪来测量电容。
这种方法的优点是对仪器的要求不高，由于引线参数可以抵消，故测量精度只取决于标准可变电容箱或标准可变电容器读数的精度。
若待测电容与标准可变电容的损耗相差不大，则该方法具有较高的测量精度。
替代法参考电路如图2.2.6-1(a)所示，将待测电容C x （图中R x 是待测电容的介电损耗电阻），限流电阻R 0(取1k Ω)、安培计与信号源组成一简单串联电路。
合上开关K 1，调节信号源的频率和电压及限流电阻R 0，使安培计的读数在毫安范围恒定（并保持仪器最高的有效位数），记录读数I x 。
大学物理实验介电常数的测量的讲义
固体与液体介电常数的测量一、实验目的:运用比较法粗测固体电介质的介电常数，运用比较法法测量固体的介电常数,谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率)，学习其测量方法及其物理意义，练习示波器的使用。
二、实验原理：介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系：SCdr 00εεεε==式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /1085.8120-⨯=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。
替代法：替代法的电路图如下图所示。
此时电路测量精度与标准电容箱的精度密切相关。
实际测量时，取R=1000欧姆,我们用双踪示波器观察,调节电容箱和电阻箱的值,使两个信号相位相同, 电压相同，此时标准电容箱的容值即为待测电容的容值。
谐振法：1、交流谐振电路：在由电容和电感组成的LC 电路中，若给电容器充电，就可在电路中产生简谐形式的自由电振荡。
若电路中存在交变信号源，不断地给电路补充能量，使振荡得以持续进行，形成受迫振动，则回路中将出现一种新的现象——交流谐振现象。
RLC 串联谐振电路如下图所示:图一：RLC 串联谐振电路其中电源和电阻两端接双踪示波器。
电阻R 、电容C 和电感L 串联电路中的电流与电阻两端的电压是同相位的，但超前于电容C 两端的电压2π ，落后于电感两端的电压2π，如图二。
图二：电阻R 、电容C 和电感L 的电压矢量图电路总阻抗：Z ==L V →-RV →回路电流：V I Z==电流与信号源电压之间的位相差：1arctan i L C R ωωϕ⎛⎫- ⎪=-⎪ ⎪⎝⎭找到RLC 串联电路的谐振频率，如果已知L 的值，就可以得出C 的大小。
2、谐振法测量电容谐振法测量电容的原理图见上图一，由已知电感L ，电阻R 待测电容C x 组成振荡电路，改变信号源频率使RLC 回路谐振，使得双踪示波器两个频道的波形相位相同，电阻上电压最大,则电容可由下式求出：L f C X 2241π=式中f 为频率，L 为已知电感，C x 为待测电容。
介电常数及其测量方法概述
介电常数及其测量方法概述作者：秦鸿瑜来源：《科教导刊·电子版》2013年第18期摘要介质介电常数描述了电磁波与介质的相互作用及变化，为了划分不同介质，提出了采用介电常数来划分不同介质的的方法。
本文介绍了介电常数的基本知识及测量方法，介绍了实验室的几种测量方法：时域反射法（TDR）、空间波法、同轴线法、谐振环法，为实验测量提供参考。
关键词介电常数空间波同轴线中图分类号：TB30 文献标识码：A1 介电常数的基本概念2介电常数测量方法介电常数测量方法有传输线法、同轴线法、波导法、探针法、谐振腔法和空间波法。
实验室测量方法有时域反射法（TDR）、空间波法、探针法、同轴线法等。
传输线法简便易行，但在tan€%]€%^较小时，测得的介电常数误差较大；探针法使用结构简单的单极振子，通过传输、反射的测量得出谐振参数，反演得到介电常数；谐振腔法采用高品质因数的谐振腔体测量低损介质，技术复杂，不易操作；空间波法通过测量地面目标体的微波反射系数，再通过反射系数来求得复介电常数。
2.1 时域反射法时域反射法（TDR）类似于雷达系统，首先向待测物发射电磁波，通过记录分析反射波形来确定待测物的距离，进而判断待测物特性。
TDR信号中包含介电常数和电导率信息，一般被测物体的阻抗是连续的，信号没有反射，如果有阻抗变化，就会有信号反射回来，频率范围从1兆赫到几兆赫。
时域反射系统由一个信号发生器、传输线传感器和一个接收器组成。
根据反射回波的时间可以判断阻抗不连续点距接收端的距离，利用电磁波在探头中的旅行时间可得到介质的介电常数。
2.2 空间波法2.3 同轴线法2.4 谐振环法谐振环法是基于传输线理论得到介电常数变化的方法。
谐振环法可以通过反射信号和发送通过介质的信号来测量介电常数。
发送信号和接收反射信号这两种测量方法相比，发送信号测得介电常数变化更灵敏。
谐振传感器的测量精度相对较高，但与待测媒质的导电性密切相关。
3 总结本文介绍了介电常数的基本概念及几种测量方法，并对这几种常见的方法进行了分析和比较。
介电常数的测量方法及其频率范围
介电常数的测量方法及其频率范围
介电常数的测量方法主要有以下几种：
1.干板法：将被测物作为一块厚度均匀的平板，分别置于两块金属板之间，形成一个电容器。
测量这个电容器的电容值，由此计算介电常数。
2.微波共振法：将被测物放置在一个微波谐振腔中，测量微波在谐振腔中的传播速度和波长，由此计算介电常数。
3.交流电桥法：使用一个交流电桥测量电容值，从而计算介电常数。
4.时间域反射法：利用电磁波在两种介质之间的反射性质，测量反射波的时间延迟和振幅，计算介电常数。
介电常数的频率范围从直流到高频都可以测量，具体的测量范围取决于仪器的灵敏度和测量的样品。
在一般情况下，微波共振法适用于高频范围（GHz），干板法和交流电桥法适用于中低频范围（kHz~GHz），时间域反射法则适用于较低频率范围（Hz~kHz）。
材料物理性能 实验五材料介电常数测定
材料介电常数的测定一、目的意义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电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电损耗尽量小。
相反地，制造仪表绝缘机构和其他绝缘器件的材料则要求介电系数和介电损耗都尽量小。
而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。
所以，研究材料的介电性质具有重要的实际意义。
本实验的目的：①探讨介质极化与介电系数、介电损耗的关系； ②了解高频Q 表的工作原理；③掌握室温下用高频Q 表测定材料的介电系数和介电损耗角正切值。
二、基本原理2.1材料的介电系数按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同性的电荷构成，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，固有偶极子和感应偶极子会沿电场方向排列，结果使电介质表面产生等量异号的电荷，即整个介质显示出一定的极性，这个过程称为极化。
极化过程可分为位移极化、转向极化、空间电荷极化以及热离子极化。
对于不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。
(1)材料的相对介电系数ε 介电系数是电介质的一个重要性能指标。
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系数。
此外，由于介电系数取决于极化，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。
介电系数的一般定义为：电容器两极板间充满均匀绝缘介质后的电容，与不存在介质时(即真空)的电容相比所增加的倍数。
其数学表达式为 0a x C C ε= （1） 式中 x C ——两极板充满介质时的电容； 0a C ——两极板为真空时的电容；ε——电容量增加的倍数，即相对介电常数。
从电容等于极板间提高单位电压所需的电量这一概念出发，相对介电常数可理解为表征电容器储能能力程度的物理量。
从极化的观点来看，相对介电常数也是表征介质在外电场作用下极化程度的物理量。
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。
电介质介电常数的测量
大学物理实验教案【实验名称】电介质介电常数的测量【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及方法2．学习减小系统误差的实验方法3．学习用线性回归处理数据的方法。
【实验原理】——讲解（ 15 分钟）介电常数是电介质的一个材料特征参数。
用两块平行放置的金属电极构成一个平行板电容器，其电容量为：SCDD为极板间距， S 为极板面积，ε即为介电常数。
材料不同ε也不同。
在真空中的介电常数为0，08.8510 12 F / m 。
考察一种电介质的介电常数，通常是看相对介电常数，即与真空介电常数相比的比值r 。
如能测出平行板电容器在真空里的电容量C1及充满介质时的电容量C2，则介质的相对介电常数即为C 2εrC 1然而 C1、 C2的值很小，此时电极的边界效应、测量用的引线等引起的分布电容已不可忽略，这些因素将会引起很大的误差，该误差属系统误差。
本实验用电桥法和频率法分别测出固体和液体的相对介电常数，并消除实验中的系统误差。
1．用电桥法测量固体电介质相对介电常数将平行板电容器与数字式交流电桥相连接，测出空气中的电容C1和放入固体电介质后的电容 C2。
C 1 C 0 C 边1 C 分1C 2C串C边2 C 分2其中 C 0 是电极间以空气为介质、样品的面积为S 而计算出的电容量：C 0SDC 边 为样品面积以外电极间的电容量和边界电容之和， C 分为测量引线及测量系统等引起的分 布电容之和，放入样品时，样品没有充满电极之间，样品面积比极板面积小，厚度也比极板 的间距小， 因此由样品面积内介质层和空气层组成串联电容而成C 串 ，根据电容串联公式有：ε0 Sεr ε0 SC 串D-t ?t εr ε0 Sε Sε ε St εr (D-t)rD tt当两次测量中电极间距D 为一定值，系统状态保持不变，则有C 边1 C 边 2 、 C 分1 C 分2。
得： C 串 C 2 C 1C 0最终得固体介质相对介电常数：εrC 串 tε0 SC 串(D t)该结果中不再包含分布电容和边缘电容， 也就是说运用该实验方法消除了由分布电容和边缘效应引入的系统误差。
介电常数测定课件1
材料介电性能的测定课件一、实验名称：材料介电性能的测定 二、实验目的：1、了解高频Q 表的工作原理；2、掌握室温下用高频Q 表测定材料的介电系数和介电损耗角正切值的方法。
三、实验仪器、设备：QBG-3D 型高频Q 表一台，包括电感箱（壹套）及夹具；千分卡尺；特种铅笔；软布条（或脱脂棉）、砂纸；银浆，无水乙醇。
四、实验原理：Q 表测量介电系数和介电损耗角正切的原理图2 Q 表测量原理图Q 表的测量回路是一个简单的R -L -C 回路，如图2所示。
当回路两端加上电压V 后，电容器C 的两端电压为V c ，调节电容器C 使回路谐振后，回路的品质因数Q 就可用下式表示：RCR L V V Q C ωω1===(3) R -- 回路电阻；L -- 回路电感； C -- 回路电容。
由上式可知，当输入电压V 不变时，则Q 与V C 成正比。
因此在一定输入电压下，V C值可直接标示为Q 值。
Q 表即根据这一原理来制造。
五、实验方法步骤：变频法a. 把配用的Q 表主调谐电容置于最小电容量，微调电容置于-3pF ；b. 把介质损耗测试装置插到Q 表测试回路的“电容”两个端子上；c. 配上和测试频率相适应的高频Q 值电感线圈（和QBG-3D Q 表配套使用的LKI-1电感组能满足要求）；d. 调节平板电容器测微杆，使二极片相接为止，读取刻度值记为D 0；e. 再松开二极片，把被测样品插入二极片之间，调节平板电容器，到二极片夹住样品止（注意调节时要用测微杆，以免夹得过紧或过松），这时能读取新的刻度值，记为D 1，这时样品厚度D 2= D 1－D 0。
f. 把园筒电容器置于5mm 处；g. 改变配合Q 表频率，使之谐振，读得Q 值（为使以后读数方便，可通过调节Q 表定位电位器，使Q 值为一个整数）；h. 先顺时针方向，后逆时针方向，调节园筒电容器，读取当Q 表指示Q 值为原值的一半时测微杆上二个刻度值，取这二个值之差，记为M 1。
介电常数测定docx
介电常数的测定电介质最基本的物理性质是它的介电性。
对介电性的研究不但在电解质材料的应用上具有重要意义，而且是了解电解质的分子结构和极化机理的重要手段之一。
本实验用几种不同的方法测量电解质的介电常数。
㈠，实验目的通过实验加深对介电常数的理解，掌握测量介电常数的方法和特点。
㈡，实验原理电介质是一种不导电的绝缘介质，在电场的作用下会产生极化现象。
对于均匀电介质，极化使得电介质表面产生感应电荷，成为束缚电荷，由此，在电解质内部形成附加电场。
例如，在极板面积为S ，极板间距离为d(S>> 2d )的平行板电容器中充满均匀电介质后，其电容量为000r r SSQ C C UE ddσεεε==== (1)其中, r ε称为电介质的相对介电常数，相对介电常数r ε和真空介电常数0ε[=8.854 X 1210F/m]的乘积成为电介质的介电常数，用ε表示，即0r εεε= (2)由(1)知，平板电容器充满均匀电介质后，其电容量为真空电容0C 的r ε倍。
因此，若能分别测出电容器在填充电介质前、后的电容量，可根据(1)推算出该介质的介电常数。
1. 电桥法 原理图:图（1）用电桥测得以空气为电介质时的电容量为10tC C C =+(3)其中0C 为真空电容量，值为00SC dε=(4)填充截面积为S ，厚度为t 的待测电介质后电极的电容量为2tC C C=+ (5)C 为填充介质后的电容量，其值为0()r r SC t d t εεε=+-(6)(3)和(5)中的tC 为边缘效应产生的电容和测量系统所有的分布电容的总和，只要在测量过程中保持测量状态不变，则则在两次测量中tC 值相同。
因此由(3)和(5)得210C C C C =-+(7)根据(6)，得0210021()()()r SC C tdSS C C d t dεεεε-+=--+-(8)测量出12,,,,C C d t S 即可得到待测电介质的相对介电常数rε2. 线性回归法测空气介电常数和分布电容空气介电常数近似为真空介电常数ε0 ，在平行板电容器中，0S 为极板面积，D 为极板间距，则系统电容量为：令C=y , 所以： 其中,a=C 分,b=00S ε回归计算得：截距a,斜率b,相关系数r,截距标准偏差a S ，斜率标准偏差b S 得：3. 频率法测定液体电介质的相对介电常数所用电极是两个容量不相等并组合在一起的空气电容，电极在空分C DS εC 0+=xD=1bx a y +=气中的电容量分别为C 01和C 02，通过一个开关与测试仪相连，可分别接入电路中。
电介质介电常数的测量PPT课件
【仪器和用具】
5、十进频率计
频率计是测量交变信 号振动快慢的仪器。被 测信号从HF INPUT口输 入，RESOLUTION中对应 10Hz的键按下，显示器 上显示的值即为频率值， 单位为kHz，有指示灯 指示。
第10页/共23页
【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。
【实验原理】
其中： 实验中保持
C0
0S
D
C串
t
εr ε0 S εr (D-t)
C边1 C边2 C分1 C分2
得：
C串 C2 C1 C0
固体电介质介电常数：
εr
ε0
C串 t S C串 (D t)
第3页/共23页
【实验原理】
2、用回归计算法测空气介电常数和分布电容：
空气介电常数近似为真空介电常数0 ，在平行板电容
【实验内容】
3、频率法测液体电介质的介电常数
按图连接仪器，首先电极放在玻璃杯中，并且以空气为介 质。打开介电常数测试仪和频率ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的电源，频率计应有指示， 5分钟后开始测量频率。
测量电极上开关的 当前位置默认为“1”， 连接电极电容C1，记录 此时的频率为f01。切换 开关至“2”，连接电极 电容C2 ，记录此时的频 率为f02。
介电常数测量
介电常数测量引言介电常数是材料在电场中的响应能力的度量，是一个描述材料电介质特性的重要物理量。
测量材料的介电常数可以帮助我们了解材料的电性能和应用潜力。
本文将介绍介电常数的概念和测量方法，并介绍几种常见的介电常数测量技术。
介电常数的定义介电常数是材料对电场作用的响应能力的度量。
它是通过比较在电场中和无电场中材料的性能来确定的。
介电常数通常是一个复数，包括实部和虚部，分别表示材料的电容率和损耗因子。
电容率描述了材料对电磁场的响应能力，而损耗因子描述了材料在电场中能量耗散的程度。
介电常数测量方法测量材料的介电常数可以采用多种方法，以下是几种常见的介电常数测量技术。
平行板电容法平行板电容法是一种常用的介电常数测量方法。
它通过测量两块平行金属板之间的电容来确定材料的介电常数。
首先，将待测材料放置在两块平行金属板之间，然后将电场施加于其上。
根据电容公式C=Q/V，通过测量电容C和电场电压V，可以计算出材料的介电常数。
谐振法谐振法是一种通过测量材料的谐振频率来确定其介电常数的方法。
谐振法利用材料在特定频率下的介电或磁感应能量储存和释放特性。
通过改变外加电场的频率，找到材料的谐振频率，然后根据谐振频率和其它已知参数计算出介电常数。
微波法微波法是一种通过测量材料在微波频率下的传输特性来确定其介电常数的方法。
微波法利用材料对微波的反射、透射和吸收特性来计算介电常数。
通过测量微波在材料中的传播速度和衰减率，可以得到材料的介电常数。
恒压干燥法恒压干燥法是一种基于湿度变化来测量材料的介电常数的方法。
它利用材料吸湿时导致的电容量的变化来计算介电常数。
通过控制恒定的压力和温度，并测量湿度传感器的电容变化，可以计算出材料的介电常数。
总结介电常数是描述材料对电场作用的响应能力的物理量，对于研究材料的电性能和应用具有重要意义。
本文介绍了介电常数的定义和测量方法，包括平行板电容法、谐振法、微波法和恒压干燥法。
不同的方法适用于不同类型的材料和频率范围。
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。
物理实验技术中的介电常数测量使用方法
物理实验技术中的介电常数测量使用方法引言:在物理实验中，介电常数是一个重要的物理参数。
介电常数描述了介质对电场的响应性质，是评价介质电绝缘性能的指标之一。
本文将介绍一些常见的测量介电常数的方法和使用技巧。
一、电容法测量介电常数:电容法是最常见的介电常数测量方法之一。
该方法是通过测量被测材料构成的电容器的电容值来获得介电常数。
具体实验步骤如下：1. 准备两块平行金属板，将被测材料放置在两板之间。
2. 将平行板电容器连接到电源和电容计上。
3. 调节电压使电容器达到稳态，记录下电容计的读数。
4. 将被测材料更换为真空介质，重复步骤3。
5. 根据所测得的电容值和真空电容值，计算出被测材料的介电常数。
二、恒电流法测量介电常数:恒电流法是另一种常用的介电常数测量方法。
该方法通过在被测材料上施加一个恒定的电压，然后测量通过材料的电流来确定介电常数。
具体实验步骤如下：1. 准备一块被测材料的样品。
2. 将样品放置在电流计回路中，施加一个恒定电压。
3. 测量通过样品的电流。
4. 根据实际电流和所施加电压，计算出被测材料的介电常数。
三、微波法测量介电常数:微波法是一种无线电波测量介电常数的方法。
该方法使用微波源和探测器来测量介质的透射和反射特性，并根据这些特性来计算介电常数。
具体实验步骤如下：1. 设置微波源和探测器，使它们相对于被测样品呈一定的几何关系。
2. 发射微波信号，并观察被测样品的透射和反射特性。
3. 根据透射和反射特性计算出被测样品的介电常数。
四、离子迁移法测量介电常数:离子迁移法是一种特殊的介电常数测量方法，适用于液态介质。
该方法通过测量电离物质在介质中的迁移速度和电场强度来确定介电常数。
具体实验步骤如下：1. 在被测介质中加入适量的电离物质。
2. 在介质中施加一个电场，并观察电离物质的迁移速度。
3. 根据迁移速度和电场强度计算出介质的介电常数。
结论:通过以上介绍的几种测量介电常数的方法，我们可以在实验中根据具体情况选择适合的方法来测量介电常数。
介电常数及其测量方法概述
Hale Waihona Puke 介质介电常数描述 了电磁波与介质 的相互作用及变化 ， 为了划分不同介质 ， 提 出了采用介电常数来划分不 同
介质 的的方法。本文介绍 了介 电常数的基本 知识及测量方法， 介绍 了实验 室的几种测量方法： 时域反射法 空间波法 、 同轴线法、 谐振环法 ， 为实验测量提供参考 。 关键词 介 电常数 空 间波 同轴线
文 献 标 识码 ： Ａ 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｂ ３ ０
气＝ （ ｃ ｏ ｓ ０ 一 √ ｉ ｎ Ｏ ） ｌ （ Ｅ ， ｃ ｏ ｓ Ｏ ＋ － ， ， ／ ｅ ， －ｓ ｉ ｎ ） （ ２ ． ２ ） １ 介电常数 的基本概念 介质在外加 电场会产生感应 电荷而削弱电场 ，原外加 电 上式 中￡ 为 目标体相对介 电常数且￣ ＝ Ｅ ｒ ＇ － ８ ｒ ， 日 为垂直极 场（ 真 空 中） 与 介 质 中 电场 比值 即 为 介 电常 数 。静 电场 中 电通 化 反射 系 数 ， Ｒ 。 为 水 平 极化 反射 系 数 。 量 密 度 Ｄ 见式 （ １ ． １ ） ： 若介电常数满足Ｉ ＿ ｊ ￡ ／ （ ￡ － ｓ ｉ ｎ ２ ０ ）Ｉ ＜１ ， 令Ｐ ＝ √ 一 一 ｓ ｉ ｎ ２ ０ ￣ ． Ｊ ） Ｄ＝ ￡ ｏ Ｅ＋ Ｐ （ １ ． １ ） 由上 式 的 Ｒｏ 和 凡 可推 导 出 公式 （ ２ ． ３ ） 、 （ ２ ． ４ ） ： １ Ｒ ｏ ｌ ＝ ［ （ ｃ ｏ ｓ ０ ． Ｐ ） ＋ ／ ４ Ｐ ］ ／ ［ （ ｃ ｏ ｓ ０ ＋ Ｐ ） ＋ Ｖ ４ ｐ ２ 】 （ ２ － ３ ） Ｄ＝ ｅ ｏ Ｅ（ １ 十 ） ＝ ｅ ｏ Ｅ ｅ ， ＝ ｅ Ｅ （ １ ． ２ ）
21时域反射法3总结时域反射法tdr类似于雷达系统首先向待测物发射本文介绍了介电常数的基本概念及几种测量方法并对电磁波通过记录分析反射波形来确定待测物的距离进而判这几种常见的方法进行了分析和比较
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
固体与液体介电常数的测量
一、实验目的:
运用比较法粗测固体电介质的介电常数，运用比较法法测量固体的介电常数,谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率)，学习其测量方法及其物理意义，练习示波器的使用。
二、实验原理：
介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系：
S
Cd r 00εεεε==
式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /1085.8120
-⨯=ε，S 为样品的有
效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。
替代法：
替代法的电路图如下图所示。
此时电路测量精度与标准电容箱的精度密切相关。
实际测量时，取R=1000欧姆,我们用双踪示波器观察,调节电容箱和电阻箱的值,使两个信号相位相同, 电压相同，此时标准电容箱的容值即为待测电容的容值。
谐振法：
1、交流谐振电路：
在由电容和电感组成的LC 电路中，若给电容器充电，就可在电路中产生简谐形式的自由电振荡。
若电路中存在交变信号源，不断地给电路补充能量，使振荡得以持续进行，形成受迫振动，则回路中将出现一种新的现象——交流谐振现象。
RLC 串联谐振电路如下图所示
:
图一：RLC 串联谐振电路
其中电源和电阻两端接双踪示波器。
电阻R 、电容C 和电感L 串联电路中的电流与电阻两端的电压是同相位的，但超前于电
容C 两端的电压2π ，落后于电感两端的电压2π
，如图二。
图二：电阻R 、电容C 和电感L 的电压矢量图
电路总阻抗：Z =
=
L V →-R
V →
回路电流：V I Z
=
=电流与信号源电压之间的位相差：1arctan i L C R ωωϕ⎛⎫- ⎪=-
⎪ ⎪⎝⎭
找到RLC 串联电路的谐振频率，如果已知L 的值，就可以得出C 的大小。
2、谐振法测量电容
谐振法测量电容的原理图见上图一，由已知电感L ，电阻R 待测电容C x 组成振荡电路，改变信号源频率使RLC 回路谐振，使得双踪示波器两个频道的波形相位相同，电阻上电压最大,则电容可由下式求出：
L f C X 2241
π=
式中f 为频率，L 为已知电感，C x 为待测电容。
3、谐振法测量液体磁导率：
在密制的螺绕环中，由安培环路定理得：
B
l NI μ
= （1）
NBS
L I
I
ψ
=
=
（2） 联立（1）、（2）式得
2Ll
N S
μ=
（r 0=μμμ） L —电感强度 S —螺绕环的截面积 N —螺绕环的匝数 l —螺绕环的有效长度 4、相对介电常数与相对磁导率的计算：
在测量固体的相对介电常数时，我们用到参数已知的压电陶瓷片，可直接有公式
0r S
C d
εε=
计算得到相对介电常数。
在测量液体电介质的电容时，我们已知蒸馏水的278H O ε=，由
0r S
C d εε=
⇒C =C
εε液体液体水水
易得液体的相对介电常数。
同理，密制螺绕环的一些参数也难以直接测量，若已知2H O =1.0002μ，可由2
Ll
N S
μ=
推得： L =L μμ液体液体
水水
电感可谐振法测得，因此可得液体的相对磁导率。
三、实验内容： 1、仪器、元件与用具：
信号源一台、电容箱一个、交流电阻箱一个、压电陶瓷一个、电感器一个、导线若干、
平行板电容器，螺绕环电感，双踪示波器，矩形样品池，黄铜片二片、游标卡尺、磁性表座2只（用于固定矩形样品池），滴管，废液池，抺布，卷纸，蒸馏水，待测液体
溶液。
2、实验步骤：
必做实验:（1）、运用替代法测量压电陶瓷的介电常数εr, 取信号源电压10V以上, 频率1000HZ, 电阻R=1000欧姆。
（2）、运用谐振法测量压电陶瓷的介电常数εr，电感L取0.1H，电阻R取5kΩ。
（3）、运用谐振法测量液体介电常数。
具体步骤如下：
a. 将平行板电容器竖直放入矩形样品池中，加入标准样品水，直到水完全浸没平行板电
容器(注意不要让水浸入铜片中,以免生锈)，利用标准电感箱、标准电阻箱，用RLC交流共振法测量共振频率。
取标准电阻箱值为5000.0Ω，调节标准电感箱值为1H，测量对应的谐振频率，计算平行板电容器的总电容。
b. 利用待测样品代替标准样品水重复上述步骤，测出样品的谐振频率,计算出样品的总电
容。
c. 测量塑封膜的谐振频率，计算它的电容。
d．平行板电容器中间是膜-液体-膜三个电容串联，分别计算出样品水和待测样品的电容，计算出待测样品的相对介电常数。
选作实验: 测量液体的磁导率:
a. 将标准样品水加入螺绕环电感内的玻璃管中，要求水完全装满玻璃管，利用标准电容
箱、标准电阻箱，用RLC交流共振法测量螺绕环的电感。
取标准电阻箱值为10.0Ω，调节标准电容箱值为0.02μF，测量对应的谐振频率，计算螺绕环的电感。
b. 利用待测样品代替标准水重复步骤3，测出样品的谐振频率,计算出相对磁导率。