介电常数常用测量方法综述
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
University of Science and Technology of China96 Jinzhai Road, Hefei Anhui 230026,The People ’s Republic of China固体与液体介电常数的测量(以及液体中光速的计算)一、实验目的:(1) 运用比较法粗测固体电介质的介电常数; (2) 运用比较法法测量固体的介电常数;(3) 谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率); (4) 学习其测量方法及其物理意义，练习示波器的使用，(并由此推算出光在不同液体中的传播速度。
)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 。
比较法：比较法的电路图如右图图一所示。
此时电路引入的参量少，测量精度与标准电容箱的精度密切相关。
实际测量时，我们用双踪示波器观察信号变化情况，调节电容箱和电阻箱的输出大小,使两路信号相位相同，并且12X V V =，此时标准电容箱的输出电容值即为待测电容的电容大小。
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。
RL 串联谐振电路如下图图二所示其中电源和电阻两端接双踪示波器。
电阻R、电容C 和电感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，如图三所示。
电路总阻抗：Z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。
介电常数测量实验技巧分享
介电常数测量实验技巧分享介电常数是材料在电磁场中的响应性质，其测量是固体物理学研究中的重要实验之一。
准确测量介电常数对于深入理解材料的电磁性质以及开发新型电子器件至关重要。
在本文中，我将分享一些介电常数测量的实验技巧，希望对同样从事材料研究的科研人员有所帮助。
首先，为了准确测量介电常数，我们需要选取合适的测量方法。
目前常用的测量方法有两种：电容法和磁化法。
电容法适用于测量固态材料的介电常数，而磁化法适用于测量液态材料的介电常数。
根据实验需要选择适用的方法，可以提高测量结果的准确性。
其次，为了提高测量结果的准确性，我们需要消除实验中的干扰因素。
其中，温度对于介电常数测量来说是一个重要的干扰因素。
由于温度对材料的物理性质有影响，所以在测量介电常数之前，应确保样品和测量设备处于恒定的温度条件下。
另外，确保样品的表面光洁度也很关键，可以采用去离子水洗涤和超声波清洗等方法，以去除样品表面的污渍和杂质。
此外，选择适当的测量频率也是一个重要的实验技巧。
由于材料的介电常数随频率的变化而变化，所以在测量中选择适当的频率可以提高测量结果的准确性。
一般来说，低频范围适用于测量材料的直流介电常数，而高频范围适用于测量材料的交流介电常数。
为了获得更全面的介电特性信息，可以在不同频率下进行测量，并绘制介电常数-频率曲线。
此外，注意实验过程中的信号处理。
在测量过程中，我们常常需要对输入和输出信号进行测量和分析。
为了获得准确的结果，我们应该选择合适的测量设备，如高精度电容计和磁化强度计，并确保测量仪器的校准和稳定。
另外，在对测量数据进行处理时，可以采用合适的数学方法，如平均值运算和曲线拟合，以提高数据的可靠性和准确性。
最后，在进行实验之前，我们应该充分了解所要测量的材料特性。
不同的材料具有不同的电磁响应特性，因此在测量之前需要对样品的结构和组分进行详细分析。
同时，了解材料的物理性质和测量原理也能够帮助我们更好地设计实验方案和解释测量结果。
介电常数的测量
实验题目：介电常数的测量实验目的：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。
实验数据：表一：替代法测量电容数据表二：比较法测量电容数据表三：谐振法测量电容数据4、电桥法5、仪器常数（1）压电陶瓷几何尺寸直径d=(24.65±0.02)mm （P=0.95） 厚度h=(0.194±0.010)mm （P=0.95） （2）电容箱示值准确度 10×0.1μF 组±0.5% 10×0.01μF 组±0.65% 10×0.001μF 组±2% 10×0.0001μF 组±5%数据处理：介电常数的计算公式可以被统一化为2020004)2(d Ch d Ch S Ch r πεπεεεεε====1、 替代法那么根据公式计算出错误！未找到引用源。
1.204×103下面求不确定度： 测量列的标准差为：1)()(2--=∑n C CC ii xx σ错误！未找到引用源。
=0.00008μF取P=0.95，查表得t 因子t P =2.57，那么测量列不确定度的A 类评定为F F nC t x Pμμσ00008.0600008.057.2)(=⨯= 根据给定的电容箱的参数，可以计算得测量列不确定度的B 类评定 错误！未找到引用源。
=（0.02×0.65%+0.006×2%+0.0002×5%）μF =0.00026μF所以测量列的展伸不确定度为 95.0,0003.000026.000008.0])([)(2222==+=+=P F F u nC t C U B x Px μμσ根据介电常数的计算公式和不确定度的传递原则，有2222])(2[])([])([])([dd U h h U C C U U xx rr ++=ε那么3222322210064.0)65.2402.0()194.0010.0()0262.00003.0(10204.1])(2[])([])([)(⨯=++⨯⨯=++=d d U h h U C C U U xx r r εε 故最终结果写成：95.0,10)06.020.1()(3=⨯±=±=P U r r r εεε2、比较法，得到下表故错误！未找到引用源。
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。
介电常数的测试方法
介电常数的测试方法介电常数是衡量物质对电场的响应程度的物理量。
在物理和化学实验中，有几种常见的方法来测试物质的介电常数。
以下是几种常用的测试方法：1. 平行板电容器法：平行板电容器法是最常见的一种测试介电常数的方法。
这种方法使用一对平行的金属板或电介质板来构成一个电容器，将待测物质放置在两个电容板之间，并施加所需电场。
测量物质中的电容和电场的关系，并根据电容公式计算出介电常数。
2. 微波谐振腔法：微波谐振腔法是一种用于测试固体和液体介电常数的方法。
它包括将待测样品放置在微波谐振腔中，并通过测量腔体频率的变化来计算介电常数。
该方法适用于高频率下的测试，并且可以用于非常小的样品。
3. 反射法：反射法是一种通过测量从待测介质表面反射出的电磁波的相位和振幅来测试介电常数的方法。
这种方法可用于各种频率范围内的测试，并且对于不同形状的样品也具有较好的适应性。
反射法还可以通过变换电磁波的入射角度来测量材料对极化过程的响应。
4. 感抗法：感抗法是一种用于测量液体介电常数的方法。
该方法使用感抗元件，如感抗液体电容器或感抗液体电感器，测量材料中的感抗。
通过测量元件的电感或电容来计算出材料的介电常数。
这种方法尤其适用于具有较高介电常数和电导率的液体。
5. 时间域反射法：时间域反射法是一种通过测量电磁脉冲在介质中传播的速度和幅度来测试介电常数的方法。
该方法利用电磁波在介质中传播过程中产生的反射和折射效应来计算介电常数。
时间域反射法在广泛的频率范围内都可适用，并且对于非常复杂的材料也具有较好的适应性。
除了上述方法外，还有许多其他测试介电常数的方法，如横截面波导法、石英晶体共振法、电感耦合等离子体法等。
每种方法都有其特定的适用范围和优缺点。
在实际应用中，选择合适的测试方法取决于待测物质的性质、测试频率范围和所需的精度等因素。
总的来说，通过使用适当的测试方法，可以准确地测量物质的介电常数。
这些测试方法在科学研究、工程设计和材料开发中具有重要的应用价值，可以帮助我们更好地理解和利用材料的电学性质。
材料介电常数测试方法
材料介电常数测试方法材料介电常数测试方法通常涉及使用电感耦合等离子体(ICP)方法或磁电耦合等离子体(MCNP)方法。
以下是两种常用的介电常数测试方法:1. 电感耦合等离子体(ICP)测试方法该方法的基本流程是,将待测材料放置在一个等离子体源中,利用等离子体与电子的作用生成带电粒子,这些带电粒子会在磁场的作用下被束缚在材料表面,从而测量出材料表面的电场和磁场分布。
根据材料表面的电场和磁场分布可以计算出其介电常数。
具体来说,ICP测试方法通常包括以下步骤:材料处理:将待测材料放置在一个等离子体源中,使其表面形成充分的电导。
等离子体生成:利用高能量脉冲等离子体源产生等离子体,通常使用Oxy-CdTe等离子体室来获得高质量的等离子体。
带电粒子注入:向等离子体中注入带电粒子,通常是以电子的形式注入。
磁场控制:使用磁场控制系统控制带电粒子的路径,从而测量材料表面的电场和磁场分布。
数据分析:根据测量结果,可以计算出材料的介电常数。
2. 磁电耦合等离子体(MCNP)测试方法与ICP测试方法类似,MCNP测试方法也涉及等离子体与电子的作用生成带电粒子,但与ICP测试方法不同的是,MCNP测试方法使用磁电耦合等离子体技术,利用磁场和电场的相互作用来测量材料表面的电学性质。
具体来说,MCNP测试方法通常包括以下步骤:材料处理:将待测材料放置在一个磁场源中,使其表面形成充分的电导。
等离子体生成:使用电子束等离子体源产生等离子体,并利用磁场控制系统控制等离子体中电子的束流方向,从而生成带电粒子。
磁场控制:在材料表面形成磁场,并使用控制系统控制带电粒子的路径。
数据分析:根据测量结果,可以计算出材料的介电常数。
两种测试方法可以互相补充,交替使用,以获得更准确和可靠的介电常数测量结果。
测量介电常数方法的研究
北京邮电大学测量介电常数方法的研究学院：电子工程学院班级：学号：姓名：摘要：介电常数测量技术在民用，工业以及军事等各个领域应用广泛。
本文主要对介电常数测量的常用方法进行了综合论述。
关键词：介电常数；电磁波；测量；微波介质一.引言微波介质材料已再雷达、电子对抗、遥控遥测、微波通信、卫星通信、导弹制导等领域得到了广泛的应用。
介电常数是介质材料的重要微波参数，在研制、生产和使用介质材料是，对其微波介电常数进行可靠准确的测量师必需的。
测量介质材料的介电常数方法有很多，主要有集中电路法、传输线法、谐振法、自由空间波法。
本文讨论了微波介质介电常数的测试方法和物理模型，并对模型进行了理论分析。
给出了电磁波透过被测样品材料的波长数计算式，解决了求解介电常数和磁导率的模糊性问题。
二.测量方法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。
从总体来说，目前测量介电常数的方法主要有集中电路法、传输线法、谐振法、自由空间波法等等。
其中，传输线法、集中电路法、谐振法等属于实验室测量方法，测量通常是在实验室中进行，要求具有相应的样品采集技术。
另外对于已知介电常数材料发泡后的介电常数通常用经验公式得到1.集中电路法集中电路法是一种在低频段将有耗材料填充电容，利用电容各参数以及测量得到的导纳推出介电常数的一种方法。
其原理公式为：其中，Y为导纳，A为电容面积，d为极板间距离，ε0为空气介电常数，ω为角频率。
为了测量导纳，通常用并联谐振回路测出Q 值(品质因数)和频率，进而推出介电常数。
由于其最高频率会受到最小电感的限制，这种方法的最高频率一般是100 MHz。
最小电感一般为10 nHz 左右。
如果电感过小，高频段杂散电容影响太大。
如果频率过高，则会形成驻波，改变谐振频率同时辐射损耗骤然增加。
但这种方法并不适用于低损材料。
因为这种方法能测得的Q值只有200 左右，使用网络分析仪测得tanδ也只在10-4左右。
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。
介电常数测试
介电常数测试
介电常数测量是一种用于测量材料电介质中的电场强度和电位差之间关系的实验方法。
介电常数描述了电场中物质对电场线的扭曲程度，是衡量一种材料对电场的响应能力的物理量。
在介电常数测试中，通常使用平行板电容器来实现。
平行板电容器由两个平行金属板构成，中间充满被测介质。
通过施加电压，在金属板之间形成电场，测量电场强度和电位差，从而得到材料的介电常数。
测试方法可以采用静态和动态两种。
静态测试方法是在恒定电场下测量电场强度和电位差，在施加恒定电场后测量电容器中的电流，从而计算出介电常数。
动态测试方法是施加交变电场，在交变电场中测量电容器的阻抗，通过阻抗和电容来计算介电常数。
介电常数测试在材料研究、电子器件开发和生物医学等领域中具有重要的应用价值。
它可以帮助了解材料的电性能，选择适合的材料用于电子器件，同时也有助于设计和优化电场应用设备。
高温介电测量：六种介电性能测量方法
介电性能测量方法一
同轴探头法 同轴探头法最适合液体和半固体（粉末）材料。它 具有简单、方便、非破坏性的特点。典型测量系统 由网络分析仪或阻抗分析仪、同轴探头和软件构成。
介电性能测量方法二
传输线法 传输线法是一种宽带测量方法，适用于可加工固体。 它需要把MUT放入闭合传输线中。
介电性能测量方法三
自由空间法 自由空间法通过天线来把微波能量聚焦（或穿过） 在一大块材料中。该方法具有非接触特性，适合高 温，尤其适用于毫米腔体法 谐振腔体法具有较高的Q值，可在特定频率上发生谐 振。放入材料样品后会改变谐振腔体的中心频率和Q 因数。通过测量放置材料和不放置材料时的谐振参 数，可以计算得到介电常数的值。
高温介电测量系统
高温介电测量系统采用的是平行板电容法来实现材 料介电性能的测量。 文章来源： /gwjd/lzjdxnclff_1.html
介电性能测量方法五
平行板电容法 平行板电容法在两个电极之间夹入一个薄板材料， 来形成一个电容器。该方法最适合对薄膜或液体进 行精确的低频测量。应用该方法的典型测量系统由 LCR表或阻抗分析仪构成。
介电性能测量方法六
电感测量法 该方法通过测量材料（环形磁芯）的电感来推导出 磁导率。具体操作：在MUT上缠绕若干条导线，并 测量导线两端的电感。
高温介电测量六种介电性能测量方法高温介电测量高温介电测量系统高温测量方法介电常数的测量方法介电常数测量方法高温测量锅炉高温力学性能高温性能高温测量
高温介电测量之 六种介电性能测量方法
武汉佰力博科技有限公司
前言
材料的介电性能测量方法有很多，用户需要选择最 适合的测量方法来获取样品的测量结果。下面，我 们来介绍六种介电性能的测量方法。
介电常数测定
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>> d2)的平行板电容器中充满均匀电介质后，其电容量为Q芸危 CU Ed d r 0⑴其中，；r称为电介质的相对介电常数，相对介电常数、和真空介电常数% [=8.854 X i012F/m]的乘积成为电介质的介电常数，用£表示, 即0 r (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C。
的\ 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。
C o 1. 电桥法用电桥测得以空气为电介质时的电容量为C o C t(3)其中C o为真空电容量，值为o S d⑷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C C t(5)C为填充介质后的电容量，其值为S0 r S心一t) (6)(3)和(5)中的C「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C t值相同。
因此由(3)和(5)得C = C2 _ C1 C o (7)根据（6）,得原理图:图(1)（C2 - G 呼）t— dV — ------------------------------------------------------------------------------------r nS°S （C2。
十）（d t）⑶d测虽出C.C2,d,t,S即可得到待测电介质的相对介电常数M2. 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％ ,在平行板电容器中，S0为极板面积，D为极板间距，则系统电容量为：c =罕+C分D1C=y, D =x令所以：y = a . bx其中，a=C分,b= o S o回归计算得：截距a,斜率b,相关系数r,截距标准偏差S a ,斜率标准偏差So得：（’分3,3. 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，电极在空接入电路中。
介电常数和介电损耗
介电常数和介电损耗介电常数和介电损耗是材料科学中的两个重要概念，它们在电学、光学、声学等领域都有着广泛的应用。
本文将从介电常数和介电损耗的定义、性质和测量方法等方面进行介绍和分析。
一、介电常数的定义和性质介电常数是指在电场作用下，材料中电荷与电场之间相互作用的程度，它是介电性质的重要参数。
介电常数的定义为：$$epsilon_r=frac{epsilon}{epsilon_0}$$其中，$epsilon_r$为相对介电常数，$epsilon$为介电常数，$epsilon_0$为真空介电常数。
介电常数的物理意义是材料中电场的传递速度，它决定了材料对电场的响应速度和电场的分布。
介电常数越大，材料对电场的响应速度越慢，电场分布也越均匀；介电常数越小，材料对电场的响应速度越快，电场分布也越不均匀。
介电常数与材料的分子结构、化学成分、晶体结构等有关。
例如，金属的介电常数非常小，接近于零；而绝缘体的介电常数较大，一般在2-10之间；半导体的介电常数介于金属和绝缘体之间，一般在10-100之间。
二、介电损耗的定义和性质介电损耗是指材料在电场作用下发生的能量损耗，它是介电性质的另一个重要参数。
介电损耗的定义为：$$tandelta=frac{Im(epsilon)}{Re(epsilon)}$$其中，$tandelta$为介电损耗角，$epsilon$为介电常数，$Re(epsilon)$为介电常数的实部，$Im(epsilon)$为介电常数的虚部。
介电损耗的物理意义是材料中电场能量的转化和散失，它决定了材料对电场的响应精度和能量损失程度。
介电损耗越小，材料对电场的响应精度越高，能量损失也越少；介电损耗越大，材料对电场的响应精度越低，能量损失也越多。
介电损耗与材料的分子结构、化学成分、晶体结构、温度等有关。
例如，晶体结构对介电损耗的影响较大，一般情况下，非晶态材料的介电损耗较小，而晶态材料的介电损耗较大。
三、介电常数和介电损耗的测量方法介电常数和介电损耗的测量方法有多种，下面介绍几种常用的方法：1. 热释电法热释电法是一种通过测量材料在电场作用下的温度变化来确定介电常数和介电损耗的方法。
波导法介电常数国标
波导法介电常数国标波导法测量介质介电常数的方法是一种常用的测量方法，其国标规定主要涉及以下几个方面：1、波导器的选择：根据测量的频率范围和精度要求，选择合适的波导器。
常用的波导器有矩形波导、圆波导和椭圆波导等。
在选择波导器时，应考虑其截止频率、工作模式、频带宽度、插入损耗等因素。
2、样品准备：根据测量要求，制备不同形状和尺寸的样品。
样品应具有代表性，且无气泡、杂质和裂缝等缺陷。
同时，样品的尺寸和形状应与波导器相匹配，以确保测量结果的准确性。
3、测量系统搭建：根据波导器的类型和测量要求，搭建相应的测量系统。
测量系统应包括信号源、功率计、接收机、校准装置等部分。
在搭建测量系统时，应确保各部分之间的连接稳定可靠，以减小误差。
4、校准与标定：为了确保测量结果的准确性，需要对测量系统进行校准和标定。
校准和标定的方法有开路法、短路法、匹配法和功率反射法等。
通过校准和标定，可以消除系统误差，提高测量精度。
5、测量步骤：按照国标规定，测量步骤包括以下几项：（1）将波导器安装在校准装置上，调整波导器的位置，使其与样品保持平行；（2）将样品放置在波导器中，确保样品与波导器紧密接触；（3）调整信号源的频率，使波导器的工作模式与测量要求相匹配；（4）记录测量数据，包括信号源的频率、功率计的读数、接收机的读数等；（5）根据测量数据计算介电常数。
6、测量数据处理：根据测量数据，计算介电常数。
常用的计算方法有传输线理论、电磁场理论和数值计算等。
在数据处理时，应考虑样品的形状、尺寸和填充因子等因素对介电常数的影响。
7、误差分析与精度提高：根据测量结果，分析误差来源，采取相应措施提高测量精度。
误差来源可能包括信号源的不稳定、功率计的读数误差、接收机的灵敏度、样品的不均匀性等。
在提高精度时，可采用高精度的测量仪器、多次测量取平均值等方法减小误差。
综上所述，波导法测量介质介电常数的国标规定涉及多个方面。
在实际操作中，应根据具体要求和实际情况进行相应的调整和优化。
介电常数测定
介电常数的测定
第二组
概念
• 绝缘材料的介电常数，是表示在单位电场 中，单位体积内积蓄的电能的大小
• 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ห้องสมุดไป่ตู้，只要绝缘材料不出现局 部放电，相对介电常数和介质损耗E数与电 场强度无关，
固体测量电极
固体测量电极中上电极与下电 极构成一组平行板电容器。上电 极与千分尺相连，调节千分尺即 可改变平行板电容器的间距，并 从千分尺刻度上读出平行板电容 器极板的间距。电极通过电极引 出插座与测量仪器相连接。
实验内容
电桥法测固体电介质的介电常数
检查电极千分尺的零位，将极板间距调到零，接近零位时要慢慢旋动顶部旋钮， 听到“咯、咯”声停止旋转，记录零位读数D0。 按图将固体介质测量电极连接到交流电桥的测试台上。调节极板间距D = 5.000mm 从交流电桥上记录极板间为空气时的电 容量C1 。将固体样品慢慢放入两极板之间， 放入样品时不得碰到上电极，以免改变极板 间距。记录放入样品时的电容量C2。反复将 样品取出及放入，重复三次记录C1和C2。 用千分尺测出样品的厚度t，用游标卡尺测出 样品直径d ，均应在不同位置重复测量三次。
实验原理
绝缘 材 料 的相对介电常数是电极间 及其周围的空间全部充以绝缘材料时， 其电容Cx同样构型的真空电容器的电 容C。之比:
测试标准：GB1409-88
介电常数常用测量方法综述-中国电子仪器行业协会
介电常数常用测量方法综述来源：互联网摘要：介电常数测量技术在民用，工业以及军事等各个领域应用广泛。
本文主要对介电常数测量的常用方法进行了综合论述。
首先对国家标准进行了对比总结；然后分别论述了几种常用测量方法的基本原理、适用范围、优缺点及发展近况；最后对几种测量方法进行了对比总结，得出结论。
关键词：介电常数；国家标准；常用方法1. 引言介电常数是物体的重要物理性质，对介电常数的研究有重要的理论和应用意义。
电气工程中的电介质问题、电磁兼容问题、生物医学、微波、电子技术、食品加工和地质勘探中，无一不利用到物质的电磁特性，对介电常数的测量提出了要求。
目前对介电常数测量方法的应用可以说是遍及民用、工业、国防的各个领域。
在食品加工行业当中，储藏、加工、灭菌、分级及质检等方面都广泛采用了介电常数的测量技术。
例如，通过测量介电常数的大小，新鲜果蔬品质、含水率、发酵和干燥过程中的一些指标都得到间接体现，此外，根据食品的介电常数、含水率确定杀菌时间和功率密度等工艺参数也是重要的应用之一[1]。
在路基压实质量检测和评价中，如果利用常规的方法，尽管测量结果比较准确，但工作量大、周期长、速度慢且对路面造成破坏。
由于土体的含水量、温度及密度都会对其介电特性产生不同程度的影响，因此可以采用雷达对整个区域进行测试以反算出介电常数的数值，通过分析介电性得到路基的密度及压实度等参数，达到快速测量路基的密度及压实度的目的[2]。
此外，复介电常数测量技术还在水土污染的监测中得到了应用[3]。
并且还可通过对岩石介电常数的测量对地震进行预报[4]。
上面说的是介电常数测量在民用方面的部分应用，其在工业上也有重要的应用。
典型的例子有低介电常数材料在超大规模集成电路工艺中的应用以及高介电常数材料在半导体储存器件中的应用。
在集成电路工艺中，随着晶体管密度的不断增加和线宽的不断减小，互联中电容和电阻的寄生效应不断增大，传统的绝缘材料二氧化硅被低介电常数材料所代替是必然的。
(实验室装置)波导法测量介电常数--PPT
Z L Z 0 Y0 YL Z L Z 0 Y0 YL
YL (, r ) jCi jC0 r jB3 r2 A 4 r2.5
0 为空气段波导的传播常数，放样品的波导总长度为l，样
品厚度为d， l1和l2分别为两个测量端面到样品位置的长度， 一般情况都将空波导当作是理想传输线，即只存在相位的 变化，而不会对信号产生衰减
电长度l1和l2的计算 和 s11 的相位差 A为 s22
A l d A 2 0 (l2 l1 )l2 4 0 2 l d A l d l1 l2 l1 2 4 0
物质在静电场中（无电磁波时）的介电常数是一 个标量，实数 物质在交变电场中（有电磁波时）的介电常数是 一个复数
j
'
"
介电常数的虚部反映波传播的损耗，实部反映波 传播时状态的改变，如相位，相速，波阻抗等的 改变。
介电常数测量方法
传输线法－如波导法，同轴线，带状线
将被测介质作为传输线的一部分，测量 负载（被测介质）在传输线（传输系统）上 的行驻波分布，测量其驻波系数，波节点位 置（相位），以此计算负载的反射系数，阻 抗，网络参量等，进而实现其介电常数的反 演
Wave-guide method dielectric constant measuring system
Vector Network Analyzers
Coaxial Waveguide Coaxial Converter
The Parts in the Wave-guide method dielectric constant measuring system
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介电常数常用测量方法综述来源：互联网摘要：介电常数测量技术在民用，工业以及军事等各个领域应用广泛。
本文主要对介电常数测量的常用方法进行了综合论述。
首先对国家标准进行了对比总结；然后分别论述了几种常用测量方法的基本原理、适用范围、优缺点及发展近况；最后对几种测量方法进行了对比总结，得出结论。
关键词：介电常数；国家标准；常用方法1. 引言介电常数是物体的重要物理性质，对介电常数的研究有重要的理论和应用意义。
电气工程中的电介质问题、电磁兼容问题、生物医学、微波、电子技术、食品加工和地质勘探中，无一不利用到物质的电磁特性，对介电常数的测量提出了要求。
目前对介电常数测量方法的应用可以说是遍及民用、工业、国防的各个领域。
在食品加工行业当中，储藏、加工、灭菌、分级及质检等方面都广泛采用了介电常数的测量技术。
例如，通过测量介电常数的大小，新鲜果蔬品质、含水率、发酵和干燥过程中的一些指标都得到间接体现，此外，根据食品的介电常数、含水率确定杀菌时间和功率密度等工艺参数也是重要的应用之一[1]。
在路基压实质量检测和评价中，如果利用常规的方法，尽管测量结果比较准确，但工作量大、周期长、速度慢且对路面造成破坏。
由于土体的含水量、温度及密度都会对其介电特性产生不同程度的影响，因此可以采用雷达对整个区域进行测试以反算出介电常数的数值，通过分析介电性得到路基的密度及压实度等参数，达到快速测量路基的密度及压实度的目的[2]。
此外，复介电常数测量技术还在水土污染的监测中得到了应用[3]。
并且还可通过对岩石介电常数的测量对地震进行预报[4]。
上面说的是介电常数测量在民用方面的部分应用，其在工业上也有重要的应用。
典型的例子有低介电常数材料在超大规模集成电路工艺中的应用以及高介电常数材料在半导体储存器件中的应用。
在集成电路工艺中，随着晶体管密度的不断增加和线宽的不断减小，互联中电容和电阻的寄生效应不断增大，传统的绝缘材料二氧化硅被低介电常数材料所代替是必然的。
目前Applied Materials的Black Diamond作为低介电常数材料，已经应用于集成电路的商业化生产[5]。
在半导体储存器件中，利用高介电常数材料能够解决半导体器件尺寸缩小而导致的栅氧层厚度极限的问题，同时具备特殊的物理特性，可以实现具有特殊性能的新器件[6]。
在军事方面，介电常数测量技术也广泛应用于雷达和各种特殊材料的制造与检测当中。
对介电常数测量技术的应用可以说是不胜枚举。
介电常数的测量技术已经广泛应用于民用、工业和国防各个领域，并且有发展的空间和必要性。
我们对测量介电常数的方法进行总结，能更清晰的认识测量方法的现状，为某些应用提供一种可能适合的方法，是有一定理论和工程应用意义的。
2. 介电常数测量方法综述介电常数的测量按材质分类可以分为对固体、液体、气体以及粉末(颗粒)的测量[7]。
固体电介质在测量时应用最为广泛，通常可以分为对固定形状大小的固体和对形状不确定的固体的测量。
相对于固体，液体和气体的测试方法较少。
对于液体，可以采用波导反射法测量其介电常数，误差在5%左右[8]。
此外国家标准中给出了在90℃、工频条件下测量液体损耗角正切及介电常数的方法[9]。
对于气体，具体测试方法少且精度都不十分高。
文献[10]中给出一种测量方法，以测量共振频率为基础，在LC串联谐振电路中产生震荡，利用数字频率计测量谐振频率，不断改变压强和记录当前压强下谐振频率，最后用作图或者一元线性回归法处理数据，得到电容变化率进而计算出相对介电常数。
表1是测量固体介电常数的国家标准方法(不包括废止的方法)及其对频率、介电常数范围、材料等情况的要求。
表1. 测量固体介电常数国家标准方法[9,11-25]如表1所示，国家标准中已经对微扰法和开式腔法的过程做了详细介绍，然而对适用频率和介电常数的范围都有所限制。
所以在不同材料，不同频率的情况下，国家标准也给出了相应的具体测量方法。
可见，上面所分析的方法并不是可以随便套用的。
在不同的系统、测量不同的材料、所要求的频率不同的情况下，需要对其具体问题具体分析，这样才能得出最准确的方法。
国家标准测量方法覆盖的频率为50 MHz以下和100 MHz到30 GHz，可以说是一个较广的频率覆盖范围，但是不同范围适用的材料和环境等都有所不同。
介电常数的覆盖范围是2到100，接近1的介电常数和较高介电常数的测量方法比较稀缺，损耗普遍在10-3到10-4的数量级上。
3. 测量介电常数的几种主要方法从总体来说，目前测量介电常数的方法主要有集中电路法、传输线法、谐振法、自由空间波法等等。
其中，传输线法、集中电路法、谐振法等属于实验室测量方法，测量通常是在实验室中进行，要求具有相应的样品采集技术。
另外对于已知介电常数材料发泡后的介电常数通常用经验公式得到[26]。
下面，分别对这几种方法的原理、特点和发展现状等做分别阐述。
3.1. 集中电路法集中电路法是一种在低频段将有耗材料填充电容，利用电容各参数以及测量得到的导纳推出介电常数的一种方法。
其原理公式为：(1)其中，Y为导纳，A为电容面积，d为极板间距离，ε0为空气介电常数，ω为角频率。
为了测量导纳，通常用并联谐振回路测出Q值(品质因数)和频率，进而推出介电常数。
由于其最高频率会受到最小电感的限制，这种方法的最高频率一般是100 MHz。
最小电感一般为10 nHz左右。
如果电感过小，高频段杂散电容影响太大。
如果频率过高，则会形成驻波，改变谐振频率同时辐射损耗骤然增加。
但这种方法并不适用于低损材料。
因为这种方法能测得的Q值只有200左右，使用网络分析仪测得tanδ也只在10-4左右。
这种方法不但准确度不高，而且只能测量较低频率，在现有通信应用要求下已不经常应用。
3.2. 传输线法传输线法是网络法的一种，是将介质置入测试系统适当位置作为单端口或双端口网络。
双端口情况下，通过测量网络的s参数来得到微波的电磁参数。
图1为双端口传输线法的原理示意图。
图1. 双端口传输线法原理示意图传输系数用Γs表示，为(2)其中，Γ表示空气样品的反射系数，γ为传播系数，l为样品长度。
反射系数可以表示为(3)其中f0是无样品时传输线的截止频率，对于TEM模传输线，f0=0。
γ表示为(4)可以求出：(5)其中ΓB为反射系数。
同时测量传输系数或者反射系数的相位和幅度，改变样品长度或者测量频率，测出这时的幅度响应，联立方程组就能够求出相对介电常数。
单端口情况下，通过测量复反射系数Γ来得到材料的复介电常数。
因此常见的方法有填充样品传输线段法、样品填充同轴线终端法和将样品置于开口传输线终端测量的方法[27]。
第一种方法通过改变样品长度及测量频率来测量幅度响应，求出εr。
这种方法可以测得传输波和反射波极小点随样品长度及频率的变换，同时能够避免复超越方程和的迭代求解。
但这一种方法仅限于低、中损耗介质，对于高损耗介质，样品中没有多次反射。
传输线法适用于εr较大的固体及液体，而对于εr比较小的气体不太适用。
早在2002年用传输反射法就能够实现对任意厚度的样品在任意频率上进行复介电常数的稳定测量。
NRW T/R法(即基于传输/反射参数的传输线法)的优势是简单、精度高并且适用于波导和同轴系统。
但该方法在样品厚度是测量频率对应的半个波导波长的整数倍时并不稳定。
同时此方法存在着多值问题，通常选择不同频率或不同厚度的样品进行测量较浪费时间并且不方便。
此外就是对于极薄的材料不能进行高精度测量[28]。
反射法测量介电常数的最早应用是Decreton和Gardial在1974年通过测量开口波导系统的反射系数推导出待测样品的介电常数。
同轴反射法是反射法的推广和深化，即把待测样品等效为两端口网络，通过网络分析仪测量该网络的散射系数，据此测试出材料的介电常数。
结果显示，同轴反射法在测量高损耗材料介电常数上有一定可行性，可以测量和计算大多数高损耗电介质的介电常数，对谐振腔法不能测量高损耗材料介电常数的情况有非常大的补充应用价值[29]。
2006年又提出了一种测量低损耗薄膜材料介电常数的标量法。
该方法运用了传输线法测量原理，首先测量待测介质损耗，间接得出反射系数，然后由反射系数与介电常数的关系式推出介质的介电常数。
其薄膜可以分为低损耗、高损耗和高反射三类，通过实验证明了三种薄膜的损耗随频率改变基本呈相同的变化趋势，高频稍有差别，允许误差范围内可近似。
该方法切实可行，但不适用于测量表面粗糙的介质[30]。
近几年有人提出了新的确定Ka波段毫米波损耗材料复介电常数的磁导率的测量方法并给出了确定样品的复介电常数及磁导率的散射方程。
此方法有下列优点：1) 计算复介电常数及磁导率方程组是去耦合的，不需要迭代；2) 被测量的频率范围比较宽；3) 与传统方法相比消除了介电常数测量对样品长度和参考面的位置的依赖性；4) 消除了NRW方法在某些频点测量的不确定性[31]。
还有人将椭圆偏振法的电磁频谱从可见光、红外光扩展到毫米波段。
椭圆偏振法用测量样品反射波或者投射波相对于入射波偏振状态的改变来计算光电特性和几何参数。
毫米波椭圆偏振法得到的复介电常数的虚部比实部低，即计算得到的虚部有一定误差，但它对椭圆偏振法的进一步研究提供了重要的参考依据[32]。
3.3. 谐振法谐振法是将样品作为谐振结构的一部分来测量介电常数的方法，分为微扰法、全部填充谐振器空间的方法以及部分填充谐振器空间的方法。
全部填充可以用公式(6)来计算(6)其中ε’是复介电常数实部，ε’’是复介电常数虚部，Q是品质因数，tanδ是损耗角正切，f0是无样品时的谐振频率。
部分填充主要是为了减小样品尺寸以及材料对于谐振器参数的影响，难以进行精确地计算，一般用于矫正。
微扰法要求相对较小的尺寸，并且相对频偏要小于0.001，这种情况下其具体尺寸形状可用填充因子s表示：(7)其中f0是无样品时的谐振频率，Q L是品质因数，εr是相对介电常数，A(εr)是联系相对介电常数以及微扰腔参数的函数。
此时不论形状尺寸如何，只要得到填充因子s即可方便求出相对介电常数。
利用此方法可以测量几乎所有的材料的介电常数，但是在校准时要求采用同一形状。
在频率上区分，当频率高于1 GHz时，可以用波导腔测量介电常数，但是当频率高于10 GHz时，由于基模腔太小等原因，对于介电常数的测量提出了新的挑战。
谐振法的具体方法有很多，如：矩形腔法、谐振腔微扰法、微带线谐振器法、带状线谐振器法、介质谐振器法、高Q腔法等。
近年来对于谐振法又有新的方法不断出现和改善。
圆柱腔测量介电常数法是我国在1987年推出的测量介电常数的方法，经过了对测试夹具的研究和开发及对开缝腔体的研究，测试结果更为准确。
其频率测试范围大约为1~10 GHz[33]。
此外，关于开放腔方法的改进也非常全面和成熟。