介电性能的测量原理

电介质击穿形式分类
①热击穿
不均匀介质中的电压分配
②电击穿
内电离 表面放电和边缘击穿
③电化学击穿
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。
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。
电导时tan与频率ω的关系
介电损耗的形式
电介质在电场作用下，内部通过的电流包括：
（1）电容电流：由样品的几何电容充电引起电流（位 移电流）；
（2）吸收电流：由松弛极化引起，是介质在交变电压 作用下引起介质损耗的主要来源； （3）漏电电流：由介质电导引起，与自由电荷有关， 使介质产生电导损耗。
电介质在电场作用下具体损耗的能量主要包括：
⑴极化损耗：在外电场中各种介质极化的建立引起了
电流，此电流与极化松弛等有关，引起的损耗称为极 化损耗。
⑵电导损耗：在电场作用下，导电载流子做定向漂移，
形成传导电流，电流大小由介质本身性质决定，这部 分传导电流以热的形式消耗掉，称之为电导损耗。
⑶电离损耗和结构损耗
击穿电场强度
一般外电场不太强时，电介质只被极化，不影响其绝 缘性能。 当其处在很强的外电场中时，电介质分子的正负电荷 中心被拉开，甚至脱离约束而成为自由电荷，电介质变为 导电材料。当施加在电介质上的电压增大到一定值时，使 电介质失去绝缘性的现象称为击穿(breakdown)。 外加电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变 为导电状态的现象。
介电性能的测量原理
介电性能的测量原理
介电常数 介质损耗 击穿电场强度 测量方法 测试内容

介电性能定义：
介电性能是指在电场作用下,表现出对静 电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数 和介质损耗来表示.
介电常数
定义：
dielectric constant
介电常数，又称电容率（permittivity ）,是电位移D与电
2
s
u 2 I S ln D2 D1
管状试样
u2 L g v = r I v ln 2 r 1
u 2 r2 s IS g
电极材料可用粘贴铝箔、导电橡皮、真空镀铝、胶体石墨等
相对介电常数（εｒ）测试
相对介电常数通常是通过测量试样与电极组成 的电容、试样厚度和电极尺寸求得。
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。
电桥平衡时
tan C4 R4
R4 Cx CN R3 R4 1 tan CN R 3
2
CN
C4
——标准电容 ——可调电容
西林电桥法
R4
R3
——固定电阻
——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 EB 表示 uB EB d
场强度E之比ε= D/E ，其单位为F/m 。
介电常数小的电介质，其分子为非极性或弱极性结构， 介电常数大的电介质，其分子为极性或强极性结构。
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。
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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
平板试样
d r 0.144 10 Cx 2 D1
12
管状试样
r2 ln r r2 1 1 1 12 C x r Cx 0.018 10 ln 2 0 L L r1
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。
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
u D1 g v = Iv 4d
基本公式
平行板电容器
Dielectric
Co = Q/V = oA/d
C = A/d
r= /o
介电损耗
定义：
Dielectric loss
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） tan 无功功率
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。 tanδ=1/WCR(式中W为交变电场的角频率；C为 介质电容；R为损耗电阻)。
tan是频率的函数，是电介质的自身属性，与试样的大 小和形状无关。可以和介电常数同时测量，用介质损耗 仪、电桥、Q表等测量。