1、介電性能的測量原理介電性能的測量原理 介電常數 介質損耗 擊穿電場強度 測量方法 測試內容第1頁/共31頁介電性能定義： 介電性能是指在電場作用下,表現出對靜電能的儲蓄和損耗的性質，通常用介電常數和介質損耗來表示. 第2頁/共31頁介電常數介電常數 dielectric constant定義： 介電常數，又稱電容率（permittivity ）,是電位移D與電場強度E之比= D/E ，其單位為F/m 。 介電常數小的電介質，其分子為非極性或弱極性結構，介電常數大的電介質，其分子為極性或強極性結構。 第3頁/共31頁介電常數是表征電介質的最基本的參量，是衡量電介質在電場下的極化行為或儲存電荷能力

2、的參數。電介質電容、介電常數真空電容 C0=Q0 0/V=0 0s/d電介質電容 C=Q/V=r ro os/d相對介電常數 r r = C/C0 0 第4頁/共31頁平行板電容器基本公式第5頁/共31頁Co = Q/V = oA/dC = A/d r= / oDiDielectrielectric c第6頁/共31頁 介質的介電損耗是指電介質在單位時間內每單位體積中將電能轉換為熱能而損耗的能量。 介電損耗 Dielectric loss 定義：tan介質損耗的功率（即有功功率）無功功率第7頁/共31頁 同時，介電損耗也是表示絕緣材料（如絕緣油料）質量的指標之一。介電損耗愈小，絕緣材料的質量愈

3、好，絕緣性能也愈好。 tan=1/WCR(式中W為交變電場的角頻率；C為介質電容；R為損耗電阻)。 第8頁/共31頁，是電介質的自身屬性，可以和介電常數同時測量，用介質損耗儀、電橋、Q表等測量電導時第9頁/共31頁介電損耗的形式介電損耗的形式電介質在電場作用下，內部通過的電流包括：（1）電容電流：由樣品的幾何電容充電引起電流（位移電流）；（2）吸收電流：由松弛極化引起，是介質在交變電壓作用下引起介質損耗的主要來源；（3）漏電電流：由介質電導引起，與自由電荷有關，使介質產生電導損耗。 第10頁/共31頁電介質在電場作用下具體損耗的能量主要包括：極化損耗：在外電場中各種介質極化的建立引起了電流，此

4、電流與極化松弛等有關，引起的損耗稱為極化損耗。電導損耗：在電場作用下，導電載流子做定向漂移，形成傳導電流，電流大小由介質本身性質決定，這部分傳導電流以熱的形式消耗掉，稱之為電導損耗。電離損耗和結構損耗第11頁/共31頁擊穿電場強度 一般外電場不太強時，電介質只被極化，不影響其絕緣性能。 當其處在很強的外電場中時，電介質分子的正負電荷中心被拉開，甚至脫離約束而成為自由電荷，電介質變為導電材料。當施加在電介質上的電壓增大到一定值時，使電介質失去絕緣性的現象稱為擊穿(breakdown)。 外加電場強度超過某一臨界值時，介質由介電狀態變為導電狀態的現象。第12頁/共31頁電介質擊穿形式分類熱擊穿電擊

5、穿電化學擊穿不均勻介質中的電壓分配內電離表面放電和邊緣擊穿第13頁/共31頁介電性能的測量方法依據所測量的基本原理可分為三大類電橋法諧振回路法阻抗矢量法 第14頁/共31頁電橋法根據電橋平衡時兩對邊阻抗乘積相等，從而來確定被測電容器或介質材料試樣的CX和tanX。測量范圍：0.01HZ150MHZ測量原理：第15頁/共31頁諧振回路法 依據諧振回路的諧振特性進行測量的。根據諧振時角頻率與回路的電感、電容之間的特定關系式，求得Cx和tanX。測量范圍：40KHZ200MHZ測量原理：第16頁/共31頁阻抗矢量法 通過矢量電壓一電流的比值的測量來確定復阻抗的，進而獲得網絡、元件或材料的有關參數。測

6、量范圍：0.01HZ200MHZ測量原理：第17頁/共31頁第18頁/共31頁 介電性能測試主要內容 簡介第19頁/共31頁介電性能測試內容主要包括絕緣電阻率相對介電常數介質損耗角正切擊穿電場強度第20頁/共31頁絕緣電阻率測試 絕緣電阻率測試通常采用三電極系統，可以分別測出試樣的體積電阻率v和表面電阻率s，測量電路圖如下圖所示。體積電阻率測試線路圖表面電阻測量線路圖第21頁/共31頁平板試樣21vu=4vDgId21u2lnsSDID第22頁/共31頁管狀試樣v2v1u 2=lnLgrIr22usSrIg電極材料可用粘貼鋁箔、導電橡皮、真空鍍鋁、膠體石墨等第23頁/共31頁相對介電常數（）測

7、試 相對介電常數通常是通過測量試樣與電極組成的電容、試樣厚度和電極尺寸求得。平板試樣12x210.144 10rdCD管狀試樣21122x01ln110.018 10ln2xrrrCrCLLr 第24頁/共31頁介質損耗角正切（tan)的測定 通過測量試樣的等效參數經計算求得，也可在儀器上直接讀取。 工頻、音頻下一般都采用電橋法測量，高電壓時采用西林電橋法。第25頁/共31頁西林電橋法電橋平衡時44tanC R244331 tanxNNRRCCCRRNC標準電容4C可調電容4R固定電阻3R可調電阻第26頁/共31頁當頻率為幾十千赫到幾百兆赫范圍時，可用集總參數的諧振法進行測量，如圖所示第27頁/共31頁擊穿電場強度測定絕緣材料的擊穿電場強度以平均擊穿電場強度 表示uBBEdBEuB擊穿電壓d試樣的平均厚度第28頁/共31頁第29頁/共31頁 擊穿電壓可用靜電電壓表、電壓互感器、放電球隙等儀器并聯于試樣兩端直接測出。擊穿電壓很高時，需采用電容分壓器。 沖擊電壓