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介电常数实验
实验目的
1、了解介电常数的相关知识和其相关应用。
2、掌握测量介电常数的相关原理与测量方法。
3、熟悉掌握课本知识,应用所学知识。
实验原理
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: D 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ε0。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εr。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。如果有高介电常数的材料放在电场中,场的强度会在电介质内有
可观的下降。
仪器的基本原理是采用高频谐振法,并提供了通用、多用途、多量程的阻抗测试。它以单片计算机作为仪器控制,测量核心采用了频率数字锁定,标准频率测试点自动设定,谐振点自动搜索, Q 值量程自动转换,数值显示等新技术,改
进了调谐回路,使得调谐回路的残余电感减至最低,并保留了原 Q 表中自动稳幅等技术,使得新仪器在使用时更为方便,测量值更为准确。仪器能在较高的测试频
率条件下,测量高频电感或谐振回路的 Q 值,电感器的电感量和分布电容量,电容器的电容量和损耗角正切值 .
实验步骤
1、本仪器适用于110V/220V,50Hz ± 0.5Hz交流电,使用后要检查市电电压是否合
适,最好采用稳压电源,以保证测试条件的稳定。
2、开机预热 15 分钟,使仪器恢复正常后才能开始测试。
3、取出附带支架,将样品夹入两极板之间,在选择适当的辅助线圈插入电感
接线柱,用引线将支架连接至仪器电容接线柱。
4、根据需要选择振荡频率,调节测试电路电容器使电路谐振(Q 值最大)。
5、记录支架上的刻度 X,并将样品从支架的两极板中取出,调节两极板间距离,
使其恢复至 X。
6、再调节测试电路电容器使电路谐振,这是电容为C,可直接读出Q,并且
Q=Q-Q
.
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7、用游标卡尺量出试样的厚度 d(分别在不同位置测得两个数据,在取平均值),直径Φ一般取铜板的直径(Φ =30mm)。
实验结果
1、tanδ和ε测定记录
编号C1C2C dψQ1Q2Q
1509.30501.008.30 1.1561451.2510.2
(1)介电常数ε
(2)介质损耗角正切 tanδ
(3)Q 值
注意事项
1、电压或频率的剧烈波动常使电桥不能达到良好的平衡,所以测定时,电压和
频率要求稳定,电压变动不得大于 1%,频率变动不能大于 0.5%。
2、电极与试样的接触情况,对 tanδ的测试结果有很大的影响,因此电极要求
接触良好、均匀,而厚度合适。
3、试样吸湿后,测得的tanδ增大,影响测量精度,应严格避免试样吸潮。
思考题
1、测试环境对材料的介电常数和介质损耗正切值有何影响,为什么?
答:温度和湿度对测试结果有影响。高湿的作用使水分子扩散到高分子的分子间,使材料的极性增强,同时潮湿的空气作用于材料的表面,会使材料表面形
成一个水膜层,它具有离子性质,增加表面电导,会使和 tg 增加。有的材料具有多重转变,在同一频率下,其介电性能随温度变化很大,特别是在松弛区变化剧烈,因而必须规定标准的温度,以进行标准化测量。
2、试样厚度对介电常数的测量有何影响,为什么?
答:,试样厚度越大,介电常数越大。
3、电场频率对极化、介电常数和介质损耗有何影响,为什么?
答:低频交流变电场下,所有极化均有足够时间发生,这时介电常数最大。在
高频交变电荷下跟不上外电场变化,介电常数变小。频率处于上述两种电场之间,取向虽能跟上电场的变化,但不同相落后。发生滞后现象,有介质损耗,介电常数
处于中间值
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