电介质陶瓷介电性能测试

测温 控温
试样架及电炉
热电偶输出 电容输出
试样 热电偶
电炉内部
四、实验内容及步骤

使用 Agilent 4284A 精密 LCR 测试仪测量 升温过程中 BaTiO3 介电常数及损耗随温 度和频率的变化。
实验步骤

连接Agilent 4284A精密LCR测试仪USB 通讯线到电脑； 连接厦门宇光AI708P测温系统RS232通 讯线到电脑； 打开Agilent 4284A精密LCR测试仪电源； 打开电脑电源； 启动(RUN)厦门宇光AI708P控温系统， 炉温以2.5oC/min上升；
BaTiO3介电常数及损耗曲线
BaTiO3铁电材料


通过对粒径均匀分布的细晶粒纯BaTiO3 陶瓷介电性能研究发现，陶瓷的介电常 数和介电损耗随晶粒粒度发生明显变化。 随晶粒的减小，相变弥散，居里温度降 低，介电常数和介电损耗减小。
三，实验仪器

Agilent 4284A精密LCR测试仪； 厦门宇光AI708P控温及测温系统。
串联和并联等效方式选择
串联和并联等效方式选择
阻抗参数与频率关系
阻抗参数与频率关系
阻抗参数与电压电流关系
2, BaTiO3铁电材料简介


在温度不太高(低于120oC)时，BaTiO3具 有显著的铁电性质，在室温附近(20oC左 右)，它的介质常数可达4000，单晶的电 滞回线近于方形。 在温度高于120oC时，BaTiO3的结构具有 立方对称，此时并无铁电性，当温度降 至120oC时，其结构变为正方晶系的对称 性，c/a=1.01，此时它具有沿c轴自发极 化的显著铁电性质。
串联和并联等效方式选择
3，实际器件的D不可能与频率完全成正比或反比 关系，其可能有并联成分，也可能有串联成分， 应看何种成分占主导。 4，根据元件的最终使用情况来判定。如用于信 号耦合电容，则最好选择串联方式，LC谐振 则使用并联等效电路。 5，若没有更合适的信息，则可根据以下信息决 定：低阻抗元件(<10Ω，较大电容或较小电感) 使用串联形式；高阻抗元件(>10kΩ较小电容 或较大电感)使用并联形式；其它按以上讨论。
实验步骤


启动测试软件-选择热电偶测量-选择开 启仪器-选择数据自动存盘-加载循环测 试脚本(测量频率1kHz, 4kHz, 16kHz, 64kHz, 256kHz)-选择执行脚本。 仪器自动从室温到180oC在不同温度点， 改变频率对BaTiO3陶瓷电容及损耗进行 测量。
实验步骤

实验结果第一列为频率，第二列为电容， 第三列为损耗，第四列为温度； 从体积参数用平板电容器公式可以计算 BaTiO3陶瓷的介电常数，获得BaTiO3介 电常数及损耗随温度和频率的变化。
串联和并联等效方式
串联和并联等效方式


有几个电容器，其串联等效电容均为Cs=0.1μF， 而损耗分别为D1=0.0100，D2=0.1000， D3=1.0000，根据上表中公式，并联等效电容 应为： Cpl=0.09999μF Cp2=0.09901μF Cp3=0.05μF 由此可见，当D小于0.0 l时，Cs与Cp基本相同， 而大于0.0 l时，将有明显的区别，如D=0.1时， 两者相差l％，而D=1时，两者差了一倍。
短路校正


按下“MeasOpen”右边的功能键，开始短 路校正。屏幕下方显示“Short Measurement in progress”，开始短路校 正。 等待几分钟时间，屏幕下方显示“Saving Data”、“Short Measurement Complete”。 短路校正完成。
2，厦门宇光AI708P控温及测温系统

开路校正


按下“MeasOpen”右边的功能键，屏幕下 方显示“Open Measurement in progress”， 开始开路校正。等待几分钟时间，屏幕 下方显示“Saving Data”、“Open Measurement Complete”。 开路校正完成。
短路校正


按下控制面板上“Meas Setup”键，然后 按下“CORRECTION”右边对应的功能键， 进入校正模式； 将光标移到“Short”，并用导线连接两个 测量端，进入短路校正模式。 检查“SHORT”是否为“ON”状态，若不是， 按右边“ON”对应的功能键，将“SHORT” 设为“ON”。
五、实验与要求与思考

获得 BaTiO3 介电常数及损耗随温度和频 率的变化曲线； 根据 BaTiO3 结构特点对实验结果进行讨 论。


实际电容、电感和电阻都不是理想的纯电阻或 纯电抗元件，一般电阻和电抗成份同时存在， 一个实际的阻抗元件均可用理想的电阻器和电 抗器(理想电感或理想电容)的串联或并联形式 来模拟。 仪器检测出一个阻抗元件以串联或并联形式组 成的电阻成分和电抗成分，而串联和并联形式 两者之间是可以从数学上相互转换的，但两者 的结果是不同的，取决于元件品质因数Q(或 损耗因子D)。
1，Agilent 4284A精密LCR测试仪
LCD显示屏
按键简介


控制面板最上方三个按键是菜单键，用于选择 显示(工作)模式。第一项“Display Format”是测 量模式，第二项“Meas Setup”是仪器调整模式。 控制面板左边 ( 紧靠显示屏右边 ) 的 5 个功能键 的功能由对应显示屏上显示的功能所决定。 在控制面板上有四个方向键，用来移动显示屏 上的光标。 数字键可用于改变测量参量，单位由显示屏右 边的5个功能键选择。
工作方式：自动平衡电桥
自动平衡电桥应用范围
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测量连接
测量连接
测量连接
测量连接
四端子组测量夹具
开路校正

不接样品，保持仪器开路状态，按下控制面板 上“Meas Setup”键，然后按下“CORRECTION” 右边对应的功能键，进入校正模式； 用控制面板上的方向键将光标移到左上角的 “OPEN”，进入开路校正模式，屏幕右边会显 示“ON”、“OFF”、“MeasOpen”，检查“OPEN” 是否为“ON”状态，若不是，按右边“ON”对应 的功能键，将“OPEN”设为“ON”。
实验十二 陶瓷介电常数的测量 (LCR表的使用)
林国淙
一、实验目的

熟悉 Agilent 4284A 精密 LCR 测试仪的使 用。 使用Agilent 4284A精密LCR测试仪测量 升温过程中BaTiO3介电常数及损耗随温 度和频率的变化。
二、实验原理
1, 阻抗参数测量
阻抗参数
串联和并联等效方式
串联和并联等效方式选择
1，被测电容器的实际等效电路首先可以生产厂 的技术规定或某些标准的规定得到； 2，如果无法得到规定或标准，可以两个不同的 测试频率下损耗因子的变化性来决定：若频率 升高而损耗增加，则应选用串联等效电路(上 表公式中， 串联方式D与频率成正比) ；若频 率升高而损耗减小，则应选用并联等效电路 (并联方式D与频率成反比)。对于电感来说， 情况正好与电容相反。