介电常数基本常识
时间：2019-04-12 阅读：7124
介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与终介质中电场比值即为介电常数(permeablity),又称诱电率.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。常用电介质的介电常数(瓷器，云母，玻璃，塑料等)见于电介质经常是绝缘体。其例子包括瓷器(陶器)，云母，玻璃，塑料，和各种金属氧化物。有些液体和气体可以作为好的电介质材料。干空气是良好的电介质，并被用在可变电容器以及某些类型的传输线。蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质，其相对介电常数约为80。 一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长。 相对介电常数εr可以用静电场用如下方式测量:首先在其两块极板之间为空气的时候测试电容器的电容C0。然后，用同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质后侧得电容Cx。然后相对介电常数可以用下式计算 εr=Cx/C0 对于时变电磁场，物质的介电常数和频率相关，通常称为介电系数。介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米 附常见溶剂的介电常数(注??的为物质名称不一定正确)H2O (水) 78.5 HCOOH (甲酸) 58.5 HCON(CH3)2 ("基酮"??) 36.7 CH3OH (甲醇) 32.7 C2H5OH (乙醇) 24.5 CH3COCH3 (丙酮) 20.7 n-C6H13OH ("多聚己醇"??) 13.3 CH3COOH (乙酸或醋酸) 6.15 C6H6 (苯) 2.28 CCl4 (四氯化碳) 2.24 n-C6H14 ("多聚己烷"??) 1.881. 在主机电感端子上插上和测试频率相适应的高Q值电感线圈（本公司 主机配套使用的LKI-1电感组能满足要求），如：1MHz 时电感取100uH，15MHz时电感取1.5uH。
2. 被测样品要求为圆形，直径50.4--52mm/38.4--40mm，这是减小因样品边缘泄漏和边缘电场引起的误差的有效办法。样品厚度可在1--5mm之间(当材料介电大于6的情况下建议材料≥2mm)，样品太薄或太厚就会使测试精度下降，样品要尽可能平整。（小于0.5mm的样品测试，请参考附录三，叠加测试法）
3. 调节S916测试夹具的测微杆，使S916测试夹具的平板电容极片相接为止，按ZERO 清零按键，初始值设置为0。
- 再松开两片极片，把被测样品夹入平板电容上下极片之间，调节S916测试夹具的测微杆，直到平板电容极片夹住样品止（注意调节时要用S916测试夹具的测微杆，以免夹得过紧或过松），这时能读取的测试装置液晶显示屏上的数值，既是样品的厚度D2。改变主机上的主调电容容量（旋转主调电容旋钮改变主调电容电容量），使主机处于谐振点（Q值大值）上。
- 取出S916测试夹具中的样品，这时主机又失去谐振（Q值变小），此时调节S916测试夹具的测微杆，使主机再回到谐振点（Q值大值）上，读取测试装置液晶显示屏上的数值记为D4.
- 计算被测样品的介电常数:
Σ＝D2 / D4
二 介质损耗测试方法与步骤
1. 主机C0值的计算方式:
- 选一个适当的谐振电感接到“Lx”的两端；
- 将调谐电容器调到200P左右，令这个电容是C4，
- 按下仪器面板的频率搜索键，使测试回路谐振，谐振时Q的读数为Q4(注：若频率搜索未能找到高Q值谐振点，可以通过频率旋钮来微调频率来达到Q值大值的谐振点；
- 将测试夹具接在“Cx”两端，放入材料，上下极片夹紧材料后记住夹具显示值，然后拿出材料，调回到夹具的显示数值，调节主调电容，使测试电路重新谐振，此时可变电容器值为C3，Q值读数为Q3。(注：C3数值肯定比C4要小)
机构电容的有效电容为：Cz= C4－C3
分布电容为机构电容CZ和电感分布电容CL（参考电感的技术说明）的和
介质损耗系数/介质损耗正切值为
2. 把S916测试夹具装置上的插头插入到主机测试回路的“电容”两个端子上。
3. 在主机电感端子上插上和测试频率相适应的高Q值电感线圈（本公司 主机配套使用的LKI-1电感组能满足要求），如：1MHz 时电感取100uH，15MHz时电感取1.5uH。
4. 被测样品要求为圆形，直径50.4--52mm/38.4--40mm，这是减小因样品边缘泄漏和边缘电场引起的误差的有效办法。样品厚度可在1--5mm之间，样品太薄或太厚就会使测试精度下降，样品要尽可能平直。
5. 调节S916测试夹具的测微杆，使S916测试夹具的平板电容极片相接为止，按ZERO 清零按键，初始值设置为0。再松开两片极片，把被测样品夹入两片极片之间，调节S916测试夹具的测微杆，到的平板电容极片夹住样品止（注意调节时要用S916测试夹具的，以免夹得过紧或过松），这时能读取的测试装置液晶显示屏上的数值，既是样品的厚度D2，改变主机上的主调电容容量，使主机处于谐振点（Q值大值），然后按一次 主机上的小数点（tgδ）键，在显示屏上原电感显示位置上将显示C0= x x x(C0=Cz+CL电感分布电容)需要手动输入，记住厚度D2的值，此时显示数值为C2和Q2。
6. 取出S916测试夹具中的样品，（保持S916测试夹具的平板电容极片之间距不变）这时主机又失去谐振（Q值变小），再改变主机上的主调电容容量，使主机重新处于谐振点（Q值大值）上。
7. 注意：多次测试同一个材料时，要求保持每次材料厚度的读数一致。
8. 第二次按下 主机上的小数点（tgδ）键，显示屏上原C2和Q2显示变化为C1和Q1，同时显示介质损耗系数tn =．x x x x x ，即完成测试。
9. 出错提示，当出现tn = NO 显示时，说明测试时出现了差错，发生了Q1 ≤ Q2和C1 ≤ C2的错误情况。
附录 一
显示数据介绍：
C1 | 材料拿出后，谐振时测得的电容值 |
C2 | 材料在夹具中，谐振时测得的电容值 |
Q1 | 材料拿出后，谐振时测得的Q值 |
Q2 | 材料在夹具中，谐振时测得的Q值 |
CZ | 主机+测试夹具测得的结构电容值 |
CL | 标准电感的分布电容值 |
C0 | 结构电容值+电感的分布电容值 |
D2 | 材料的厚度 |
tn | 介质损耗系数/介质损耗正切值 |
附录 二
LKI-1电感组
LKI-1型电感组共包括不同电感量的电感9个，凡仪器在进行测试线圈的分布电容量，电容器的电容量，高频介质损耗，高频电阻和传输线特性阻抗等高频电路和元件的电性能时，必须用电感组作辅助工具。
本电感组有较高Q值，能使仪器测量时得到尖锐谐振点，因而增加其测量的准确度，各电感的有关数据如下表：
电感No | 电感量 | 准确度% | Q值≥ | 分布电容约略值 | 谐振频率范围 MHz | 适合介电常数测试频率 | |
QBG-3E | AS2853A | ||||||
1 | 0.1μH | ±0.05μH | 180 | 5pF | 20~70 | 31~103 | 50MHz |
2 | 0.5μH | ±0.05μH | 200 | 5pF | 10~37 | 14.8~46.6 | 15MHz |
3 | 2.5μH | ±5% | 200 | 5pF | 4.6~17.4 | 6.8~21.4 | 10MHz |
4 | 10μH | ±5% | 200 | 6pF | 2.3~8.6 | 3.4~10.55 | 5MHz |
5 | 50μH | ±5% | 180 | 6pF | 1~3.75 | 1.5~4.55 | 1.5MHz |
6 | 100μH | ±5% | 200 | 6pF | 0.75~2.64 | 1.06~3.20 | 1MHz |
7 | 1mH | ±5% | 150 | 8pF | 0.23~0.84 | 0.34~1.02 | 0.5MHz |
8 | 5mH | ±5% | 130 | 8pF | 0.1~0.33 | 0.148~0.39 | 0.25MHz |
9 | 10mH | ±5% | 90 | 8pF | 0.072~0.26 | 0.107~0.32 | 0.1MHz |
10 | 15nH | ±10% | 40 | 0 |
| ≥100 | 100MHz |
附录 三
粘性材料以及超薄材料的测试方法
一 如何测试带粘性超薄绝缘材料的介电常数
1 用锡箔纸覆胶在材料的两面，上下层锡箔纸不能接触。锡箔纸厚度为DX;
2 超薄材料需要叠加：叠加方式如下
250μ贴合6层后测试；
200μ贴合8层后测试；
175μ贴合9层后测试；
125μ贴合12层后测试；
100μ贴合15层后测试；
75μ贴合20层后测试；
50μ贴合30层后测试。
3 计算公式
Σ＝(D2-2*DX)/D4
4 介质损耗系数测试同理